KR20150124483A - 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 그 조성물은 자색 고구마의 끝순으로부터 추출되어 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함한다.

Description

자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물 및 그의 제조 방법{A composition comprising extract of purple sweet potato for protecting liver and preventing liver injury and method for producing the same}

본 발명은 자색 고구마 추출물을 유효성분으로 함유하여 간 손상 보호 및 예방에 효과가 뛰어난 조성물 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 높아지고 생활 수준이 향상됨에 따라 건강 기능 식품 등과 관련된 제품 및 기술들이 다양화되고 있으며 관련시장이 고성장하고 있다.

건강 기능 식품은 건강 보조 식품 및 특수 영양 식품 등을 포함하는 것으로서 식품과 의약품의 성격을 동시에 가지고 있으나, 의약품과는 달리 질병의 치료보다는 예방에 중점을 두며 일상적으로 섭취될 수 있다는 특징을 가지고 있다.

특히, 알콜성 간 손상에 따른 질환은 많은 유병률과 사망률을 보임에도 불구하고 효과적인 예방 기능성 소재가 개발되어 있지 않으므로 전 연령대에 안정적인 효능을 보이며 안전한 새로운 건강기능성 소재에 대한 개발이 요구된다.

종래에, 헛개나무 과병 추출물, 표고버섯균사체추출물 및 밀크씨슬추출물이 식품의약안전처에 간 기능건강 건강기능식품원료로 등록되어 인정 받았다.

헛개나무 과병 추출물은 헛개나무(Hovenia dulcis var. koreama Thunb) 열매를 열수로 추출하여 여과한 다음 농축하고 덱스트린을 첨가한 후, 열풍건조하여 표준화한 원료로서, 지표성분인 퀘세틴(Quercetin) 함량이 5.9 ~ 8.9 μg/g이다.

또한, 표고버섯균사체 추출물은 배양시킨 표고버섯균사체(Lentinus edodes mycelia)를 열수추출하여 농축한 다음 건조하여 표준화한 원료로서, 지표성분인 버타-글루칸(β-glucan) 함량이 1.2~1.9%로 표준화되었다.

그리고, 밀크씨슬(Milk Thistle, Silybum marianum (L.) Gaertn) 추출물은 엉겅퀴라고도 불리는 국화과 식물인 밀크씨슬을 분쇄 및 추출과정을 거쳐 여과, 농축 및 분말화한 제품으로 실리빈 혹은 실리마린을 지표성분으로 300~500mg/g을함유하고 있으며, 약 2000년 전부터 유럽에서 간질환에 사용되어 온 약용식물이다.

본 발명은 간 손상 보호 및 예방 효과가 높은 자색 고구마 추출물을 유효성분으로 함유하는 조성물 및 그의 제조 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물은 자색 고구마의 끝순으로부터 추출되어 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법은, 80 내지 90%의 주정 농도에서 에탄올을 이용하여 자색 고구마의 끝순으로부터 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함하는 추출물을 추출하는 단계; 상기 추출된 자색 고구마의 끝순 추출물을 농축시키는 단계; 및 상기 농축된 농축액을 동결 건조하는 단계를 포함한다.

한편, 상기 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물은 상기 자색 고구마 끝순 추출물과 자색 고구마 원물로부터 추출된 추출물을 혼합하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 최적의 추출 기법을 통해 자색 고구마의 끝순으로부터 추출물을 추출하여 약학 조성물에 함유시킴으로써, 항산화 작용을 극대화시켜 알코올성 간 손상 예방 및 간세포 기능 회복 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 자색 고구마의 괴근과 끝순의 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 자색 고구마 추출물이 세포 생존율에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 자색 고구마 추출물의 NO 생성 저해 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 자색 고구마 추출물의 항산화 활성 능력을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자색 고구마 추출물에 따른 iNOS 단백질 발현 양상의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 자색 고구마 추출물이 IL-6 농도에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 자색 고구마 원물 추출물을 제조하는 방법에 대한 일실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 최적 추출 조건 설정을 위한 실험에 사용된 자색 고구마 원물, 건조물 및 끝순의 형태를 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 최적 추출 조건 설정을 위한 색가 측정 실험의 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 13 내지 도 15는 최적 추출 조건 설정을 위한 항산화 모니터링 실험의 결과들을 나타내는 그래프들이다.
도 16은 자색 고구마 원물의 최적 추출 조건을 나타내는 그래프이다.
도 17은 자색 고구마 끝순의 최적 추출 조건을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 자색 고구마의 괴근과 끝순의 형태를 나타내는 도면이다.

자색 고구마 품종으로로 불리는 자색 고구마는 1993년 건미를 모본으로 하고 안토시아닌 색소가 들어 있는 야마카와 무라사키를 부본으로 인공교배해 선발, 육성과정을 거쳐 1998년 가공용 또는 색소용 장려품종으로 결정된 고구마 품종이다.

자색 고구마에 존재하고 있는 여러 성분 중에서 가장 많이 이용되고 있는 안토시아닌은 적색이나 자주색 또는 청색을 띠고 있는데 현재 약 300여종의 안토시아닌이 보고되었으며, 안토시아닌은 수용성의 밝은 색을 띠는데 인체에 항산화 효과가 있다.

자색 고구마는 일반 고구마와는 달리 표피층 뿐 만 아니라 육질 전체가 진한 자색을 띠고 있는데, 이는 수용성 색소인 안토시아닌을 다량 함유하고 있기 때문이다.

안토시아닌은 세포노화의 원인이 되는 활성산소의 제거, 암의 원인이 되는 돌연변이 억제, 고혈압, 동맥경화, 심근경색 등 심혈관계 질환을 일으키는 데에 관여하는 안지오텐신 전환효소(ACE)의 억제 작용, 혈중 콜레스테롤, 특히 동맥경화의 원인이 되는 저밀도 지단백(LDL)의 제거 및 비만개선, 지방간, 간경화 및 알코올성 간질환의 예방 및 치료, 혈액순환 촉진에 따른 뇌대사기능의 증진 및 치매 예방, 변비 해소, 및 시력개선 작용 등이 있다.

한편, 자색 고구마로부터 추출한 추출물은 폴리페놀, 안토시아닌, 비타민 및 무기물 영상소를 유효 성분으로 함유하여 간에 대한 예방 및 보호 효과가 있다.

예를 들어, 폴리페놀은 하이드록시기를 2개 이상 갖고 있는 물질로, 녹차에 들어 있는 카테킨류가 대표적인 폴리페놀화합물이며, 유해산소를 제거하는 항산화 작용이 있다. 산화적 스트레스는 염증질환, 동맥경화, 당뇨병, 발암, 심근경색, 뇌졸중, 노화 등 각종 질병발생의 주요 원인이 될 수 있다.

자색 고구마 추출물에 포함되는 폴리페놀류는 수용성 폴리페놀류로서 주요기능으로 항산화 기능을 포함하며, 추출물에는 Gallic acid, Chlorogenic acid, Protocatechuic acid, Gentisic acid, Catechin, 4-hydroxybenzoate, Caffeic acid, Hesperidin와 Narirutin이 함유되어 있다.

자색 고구마 추출물에서 가장 중요한 항산화, 항염증, 항알러지, 항암, 콜레스테롤 저하효과을 나타내는 폴리페놀로는 Ferullic acid, Chlorogenic acid와 Caffeic acid가 있으며, 특히, Ferullic acid는 5-lipoxygenase 유전자 기능을 특이하게 억제하여 비만을 조절하며, 자외선으로부터 피부를 보호할 수 있다.

Chlorogenic acids는 N-nitrosation 반응으로 항암효과를 나타내는 것이 특징이며, Glucose-6-phosphate효소의 가수분해를 억제시켜 인체에서 당 (glucose)을 억제하는 효과가 있다.

한편, Caffeic acid는 항알러지/항염증 효과 및 암유발 물질에 대한 생체 내 방어 효과가 있으며, 자색 고구마 추출물에 포함되는 Gallic acid는 Aspergillus가 생산하는 mycotoxins대한 항독소 효과를 나타낸다.

고구마의 괴근(뿌리의 변태형)은 건물 중의 70% 정도가 전분으로 필요한 에너지 공급은 물론 각종 가공식품 제조에 이용된다. 지상부는 비타민 등 미네럴이 풍부하고，줄기의 생장력이 우수하여 채소로서 이용된다.

한편, 고구마의 끝순은 고구마 넝쿨의 원줄기나 가지의 생장점에서부터 약 10 내지 15cm 정도의 연한 줄기와 그 줄기에 붙어 있는 잎을 의미하는 것으로, 괴근을 밭에 직파한 후 50~60일이 후 자라난 싹 중 잎과 잎자루를 포함한 줄기 끝 약 10~15cm의 길이이다.

고구마의 끝순은 재배 기간 중 약 8 내지 10회 수확이 가능하여 총수확량이 약 130 내지 180톤/ha으로 매우 높고，수확 작업이 쉽다는 장점이 있다.

도 2는 자색 고구마 추출물이 세포 생존율에 미치는 영향을 설명하기 위해 도시한 것으로, 간 세포에 자색 고구마 추출물을 농도별로 처리하고 세포 생존력의 정량적 측정인 MTT assay와 염증반응 조사로 NO assay를 수행한 것이다.

MTT assay는 활성을 가지는 세포의 수를 확인하는 방법으로 자색 고구마 추출물 세포내 독성 유무를 측정하며, 측정 결과 자색 고구마 추출물을 처리한 세포군에서 독성을 보이는 추출물도 있었으며, 독성을 보이는 추출물을 제외하고 독성이 없는 추출물들만을 NO assay를 수행하였다.

한편, NO assay는 세포 사멸시 발생하는 NO의 농도를 측정함으로써 사멸하는 세포의 수를 측정하는 방법으로, NO농도 측정결과 대조군에 비하여 자색 고구마 추출물을 처리 한 세포군에서 NO 농도가 낮아짐을 알 수 있다.

이는 자색 고구마 추출물이 LPS에 의해 유도되는 염증반응을 억제하여 NO의 농도가 낮아졌음을 의미하며, LPS로 자극된 간세포에서 LPS 및 자색 고구마 추출물이 세포 생존에 미치는 영향이 확인 가능하다.

MTT 측정 결과, LPS 및 자색 고구마 추출물을 단독으로 또는 같이 처리한 모든 실험군에서 대조군에 비하여 세포 생존율이 변하지 않으며, 이는 염증 유도 물질인 LPS와 간기능 강화 물질인 자색 고구마 추출물이 세포 생존에는 영향을 주지 않음을 나타낼 수 있다.

도 3은 자색 고구마 추출물의 NO 생성 저해 작용을 설명하기 위해 도시된 것으로, LPS로 처리된 간세포에서 자색 고구마 추출물의 농도 의존적인 NO 생성 저해 작용을 나타낸 것이다.

자색 고구마 추출물의 항염증 효능을 분석하기 위하여, 염증 유발 인자인 LPS를 각 농도별로 자극된 간세포에서 생산되는 NO 농도를 의존적으로 효능을 있는지 확인할 수 있다.

NO 측정은 Griess 시약을 이용한 NO assay를 사용하였으며, 간세포에서 LPS (5 mg/ml)에 의해서 유도되는 NO는 약 30 mM로 대조군으로 사용한 2 mM에 비하여 약 15배 증가하였고, 실험군으로 자색 고구마 추출물을 농도별로 처리를 한 결과 NO 생성이 자색 고구마 추출물의 농도 의존적으로 줄어드는 것이 확인 가능하다.

도 4는 자색 고구마 추출물의 항산화 활성 능력을 설명하기 위해 도시한 것으로, ESR을 통해 자색 고구마 추출물의 항산화 활성을 측정한 것이다.

자색 고구마의 괴근과 끝순에서 추출한 추출물에 대하여 DPPH 라디칼 소거능에 의한 항산화 활성을 분석한 결과, 자색 고구마의 끝순에서 항산화 활성이 더욱 높음을 알 수 있다.

도 5는 자색 고구마 추출물에 따른 iNOS 단백질 발현 양상의 변화를 설명하기 위해 도시한 것으로, 간세포에서 iNOS(inducible nitric oxide synthase) 단백질 발현의 농도 의존적인 저해를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 자색 고구마 추출물 투여 후 iNOS 단백질 발현 양상이 변화함이 확인되었다.

iNOS 단백질 발현 분석은 LPS로 간세포를 활성화시켜 iNOS 단백질을 발현시킨 후, 자색 고구마 추출물을 농도별로 각각 처리하여, 면역분석(immunoblot)을 통해 LPS를 처리하지 않은 대조군에서는 iNOS 단백질의 발현량이 거의 없음을 확인할 수 있다.

LPS를 처리한 실험군에서는 iNOS 단백질의 발현이 뚜렷하게 증가하였으며, 자색 고구마 추출물 처리 후 농도 의존적으로 감소하는 발현 변화 양상이 확인되었다.

도 6은 자색 고구마 추출물이 IL-6 농도에 미치는 영향을 설명하기 위해 도시한 것으로, 자색 고구마 추출물이 염증성 사이토카인(cytokine)을 억제하는지를 확인하기 위하여 대표적 염증성 사이토카인인 IL-6를 측정하여 자색 고구마 추출물이 IL-6 농도에 미치는 영향을 확인한 것이다.

도 6을 참조하면, 염증성 사이토카인인 IL-6 농도를 LPS 처리 후에 측정한 결과, LPS 처리군에서는 IL-6이 현저히 증가되었으나 상대적으로 자색 고구마 추출물 투여 군에서는 감소하였다.

따라서 자색 고구마 추출물이 염증성 사이토카인인 IL-6를 농도 의존적으로 감소시킴을 알 수 있다.

상기한 바에 따르면, 자색 고구마 추출물은 LPS에 의해 유도된 염증을 억제하는 효과가 있으며, 항산화 효과로 인한 항염 작용, 특히 iNOS 단백질 발현을 억제할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 조성물은 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물이며, 구체적으로 자색 고구마의 끝순으로부터 추출되어 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물일 수 있다.

또한, 상기 자색 고구마의 끝순 추출물은 일정 온도 및 일정 시간의 추출 조건에서 에탄올을 이용하여 추출될 수 있으며, 상기 폴리페놀 및 안토시아닌 이외에 비타민과 무기물 영양소를 유효 성분으로 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법에 의하면, 80 내지 90%의 주정 농도에서 에탄올을 이용하여 자색 고구마의 끝순으로부터 폴리페놀 및 안토시아닌을 유효 성분으로 포함하는 추출물을 추출하고, 상기 추출된 자색 고구마의 끝순 추출물을 농축 및 동결 건조하여 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물을 제조할 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 17을 참조하여 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물 및 그의 제조 방법에 대한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법을 흐름도로 도시한 것으로, 자색 고구마의 끝순으로부터 추출물을 추출하는 방법을 나타낸 것이다.

도 7을 참조하면, 자색 고구마의 끝순을 분쇄한 후(S700 단계), 분쇄된 자색 고구마 끝순으로부터 추출물을 추출한다(S710 단계).

예를 들어, 건조된 자색 고구마 끝순은 1 cm 이하의 크기로 분쇄된 후, 추출용매인 일정 주정 농도의 에탄올을 원물대비 일정 배수로 첨가하고 일정 온도에서 일정 시간 동안 추출하여 자색고구마 끝순 추출물을 얻어낼 수 있다.

일예로서, 건조된 자색 고구마 끝순을 분쇄기에 넣고 1000rpm 이상의 분쇄속도로 0.8Ø의 분쇄망으로 분쇄하고, 자색 고구마 끝순에 주정 80%의 추출용매를 원물의 10배수로 넣고 80℃의 온도에서 약 100분 동안 자색 고구마 끝순 추출물을 추출할 수 있다.

상기와 같은 과정에 의해, 80 내지 90%의 주정 농도에서 에탄올을 이용하여 자색 고구마의 끝순으로부터 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함하는 추출물을 추출할 수 있다.

그 후, 자색 고구마 끝순 추출물에 대해 원심 분리(S720 단계) 및 여과(S730 단계) 과정을 거쳐 불순물을 제거하고, 농축(S740 단계) 및 동결 건조(S750 단계) 과정을 통하여 분말을 제조할 수 있다.

상기 농축(S740 단계) 과정에서는, 상기 자색 고구마 끝순 추출물을 60℃ 이하의 온도에서 600±100mmHg의 압력으로 진공감압농축할 수 있다.

또한, 상기 동결 건조(S750 단계) 과정에서는, 농축된 자색 고구마 끝순 추출물을 건조 트레이에 일정량씩 넣고, 시료냉동(시료온도가 -45℃가 된후 3시간 유지), 트램냉동(트램온도가 -55℃ 이하), 진공(진공농도가 900mTorr 이하), 선반가열(25℃ 이하) 순으로 동결건조를 한다.

그리고, 상기와 같은 과정에 의해 제조된 자색 고구마 끝순 추출물을 자색 고구마 원물로부터 추출된 추출물과 혼합한다(S760 단계).

본 발명의 일시예에 따르면, 상기 S710 단계에서는, 80 내지 90%의 주정 농도, 80 내지 90℃의 추출 온도 및 80분 이상의 추출 시간의 추출 조건하에서 자색 고구마 끝순의 추출물이 추출되는 것이 바람직하다.

도 8은 자색 고구마 원물 추출물을 제조하는 방법에 대한 일실시예를 흐름도로 도시한 것으로, 도시된 제조 방법은 자색 고구마 원물로부터 추출물을 추출하는 방법을 나타낸 것이다.

자색 고구마 원물을 세척하고(S800 단계), 세척된 자색 고구마 원물을 약 1 내지 3cm의 두께로 슬라이스한 후(S810 단계), 슬라이스된 자색 고구마 원물로부터 추출물을 추출한다(S820 단계).

예를 들어, 자색 고구마 원물에 28%의 주정을 원물 대비 10배수로 첨가한 후, 60℃의 온도에서 약 2시간 동안 추출하여 자색 고구마 원물 추출물을 얻어낼 수 있다.

그 후, 자색 고구마 원물 추출물에 대해 원심 분리(S830 단계) 및 여과(S840 단계) 과정을 거쳐 불순물을 제거하고, 농축(S850 단계) 및 동결 건조(S860 단계) 과정을 통하여 분말을 제조할 수 있다.

상기 농축(S850 단계) 및 동결 건조(S860 단계) 과정은 도 7을 참조하여 설명한 자색 고구마 끝순 추출물에 대한 과정과 동일할 수 있다.

도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 방법에 의해 제조된 자색 고구마 원물 추출물을 자색 고구마 끝순 추출물과 혼합되어, 본 발명의 일실시예에 따른 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물로 구성될 수 있다.

본 발명의 일시예에 따르면, 상기 S820 단계에서는, 28 내지 40%의 주정 농도, 60 내지 80℃의 추출 온도 및 80 내지 120분의 추출 시간의 추출 조건하에서 자색 고구마 원물의 추출물이 추출되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 자색 고구마 끝순 및 원물의 최적 추출 조건을 결정하기 위한 실험 결과 및 그에 따라 결정된 최적 추출 조건에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 9는 최적 추출 조건 설정을 위한 실험에 사용된 자색 고구마 원물, 건조물 및 끝순의 형태를 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 자색 고구마 원물을 2 cm이하의 두께로 슬라이스 하여 건조하였으며 끝순도 이와 동일한 방법으로 건조하여 사용하였다. 용매는 물과 주정을 각 비율에 따라 혼합 제조하여 사용하였다.

최적 추출 조건을 설정하기 위하여 중심합성실험계획에 따라 실험계획을 설계하고 반응표면 회귀분석을 위해서는 RSM program (Response Surface Methodology computer program)을 사용하였다.

즉, 아래의 표 1과 같이, 추출 시 추 출용매의 주정 도(Ethanol concentration(%) : X1), 추출 온도(Extraction temperature : X2) 및 추출 시간(Extraction time : X3)을 요인변수로 하고, 각 반응조건은 5 수준으로 하여 -2, -1, 0, 1, 2의 다섯 단계로 부호화하였다.

또한, 아래의 표 2와 같이, 16개의 선정된 조건에서 최적 추출 조건을 결정하기 위한 실험을 실시하였다.

또한, 이들 독립 변수에 영향을 받는 종속 변수로는 각 시료의 색가 등을 측정하여 그 값을 회귀분석에 사용하였다. 또한 주정 추출에 있어서 추출 조건이 자색 고구마 추출물의 색가에 미치는 영향을 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program을 이용하여 반응표면분석으로 해석하였다.

자색 고구마 추출물 제조

각 조건별로 자색 고구마 추출물의 제조 시 시료는 가로 세로 길이가 1 cm 이하가 되도록 분쇄한 것을 추출시료로 사용하였으며, 추출 시 각 시료와 용매의 비가 1:10(w:v)으로 환류 추출하고 시료의 상층액을 분리하여 그 추출액을 5,000 rpm에서 15 min 동안 원심분리한 것을 실험에 사용하였다.

자색 고구마 추출물의 색가 측정

본 색가 측정은 식품의약품안전처에서 발행하는 식품 첨가물공전 내 자색 고구마 색가 측정법을 변형하여 시행하였으며, 색가는 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다. 색가는 추출액을 비색계의 액층 1 cm, 파장 530 nm에서 흡광도를 측정하여 색가를 환산하였다. 대조구는 검액 대신 증류수를 넣어서 동일하게 처리하였다.

수분 및 고형분 함량

고구마 원물 및 건조물의 수분함량 측정은 적외선 수분측정기를 이용하여 3회 이상 측정하였으며, 고형분 함량 수분함량을 뺀 나머지 함량을 아래의 수학식 2와 같이 계산하여 사용하였다.

통계 처리

회귀분석에 의한 최적조건의 예측은 statistical analysis system (SAS version 8.0., 2004, SAS Institute Inc., Cory, NC, USA) 프로그램을 이용하여 최적추출조건을 반응 변수인 각 추출물 색가의 반응표면을 superimposing 했을 때 중복되는 부분의 범위로 예측하였다.

또한, 예측된 범위에서 임의의 점을 설정하여 회귀식에 대입한 후 그 예측된 최적값과 pilot scale의 실측값을 비교하여 검증하였다.

이하, 자색 고구마 추출물의 지표 성분 및 유효 성분 검색하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

Total anthocyanidin 분석 방법

자색 고구마 원물의 지표 성분 분석 방법은 유럽약전(European Pharmacopoeia 7.0)내 Bilberry 추출물의 total anthocyanidin 분석방법을 응용하여 실시하였다.

시료의 전처리는 원물 추출물 0.1250 g에 용매 혼합물(Solvent mixture(SM): hydrochloric acid, methanol (2 : 98, v/v) 25 ml에 용해하여 그 중 5 ml을 phosphoric acid 20 ml에 희석한 것을 시험액으로 사용하였다.

표준 용매는 cyanidin chloride 10.0 mg을 용매 혼합물(SM) 25.0 ml에 녹인 후, 그 중 2.0 ml을 phosphoric acid 100.0 ml에 fill-up하여 사용하였다. HPLC 분석 방법은 표 3과 같이 진행하였으며 계산 방법은 아래의 수학식 3과 같다.

상기 수학식 3에서, A1는 자색고구마 원물 추출물의 anthocyanidin peak (delephinidin chloride, cyanidin chloride, petunidin chloride, peonidin chloride, malvidin chloride)의 영역(area) 합이다.

그리고, A2는 표준품 chromatogram 내에 cyanidin chloride peak의 영역(area)이며, m1은 자색고구마 끝순 추출물 첨가 무게(g)이고, m2는 cyanidin chloride 첨가 무게(g)이며, p는 표준품 내에 함유되어 있는 cyanidin chloride의 함량(%)이다.

Chlorogenic acid 분석 방법

자색 고구마 끝순 건조물의 지표성분 분석방법은 유럽약전(European Pharmacopoeia 6.6) 내 Artichoke leaf의 chlorogenic acid 분석방법을 응용하여 실시하였다.

시료의 전처리는 끝순 추출물 0.500 g에 50 ml의 메탄올을 첨가하여 1시간 동안 70℃에서 환류 추출기로 추출하였으며 원심분리를 통하여 얻은 상등액을 200 ml 정량 플라스크에 넣은 후 물로 fill-up 하여 시험액으로 사용하였다.

표준 용매는 chlorogenic acid 5.0 mg을 50 ml methanol에 용해하였으며, 이 용액 5 ml을 20 ml의 정량 플라스크에 넣은 후 5 ml의 methanol을 첨가한 후 증류수로 fill-up하여 사용하였다.

HPLC 분석 방법은 표 4와 같이 진행하였으며, 계산 방법은 다음의 수학식 4와 같다.

상기 수학식 4에서, A1은 자색고구마 끝순 추출물의 chromatogram내에 chlorogenic acid peak의 영역(area)이며, A2는 표준품 chromatogram 내에 chlorogenic acid peak의 영역(area)이다.

그리고, m1은 자색고구마 끝순 추출물 첨가 무게(g)이며, m2는 chlorogenic acid 첨가 무게(g)이고, p는 표준품 내에 함유되어 있는 chlorogenic acid의 함량(%)이다.

자색 고구마 추출물을 함유하는 조성물의 간 손상 보호 및 예방 기능을 높이고, 기능성 물질의 최적 추출 조건을 유도하고자 주정 농도, 추출 온도 및 추출 시간을 독립 변수로 중심 합성 계획에 의해 16구간의 추출조건을 설정하였고, 이에 따른 각 추출물의 색가 측정 결과를 표 5에 나타내었다.

또한, 각각의 결과를 이용하여 최적 추출조건을 얻고자 반응표면 회귀분석을 실시하여 자색고구마 원물, 건조물, 끝순의 색가에 대한 회귀식을 얻었으며 변수별 최적 추출 조건과 색가 값을 예측하여 표 6에 나타내었다.

도 10 내지 도 12는 최적 추출 조건 설정을 위한 색가 측정 실험의 결과들을 나타내는 그래프들로서, 최적 추출 조건 설정을 위한 반응 표면을 주정 농도, 추출 온도 및 추출 시간을 독립변수로 하여 나타낸 것이다.

자색 고구마 원물

중심합성계획에 의한 추출 조건별 자색 고구마 원물의 색가는 위의 표 5에 나타난 바와 같으며, 그 결과에 대한 반응 표면 회귀식은 다음의 수학식 5와 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.86이고, 10% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다.

예측된 정상점은 최대점으로서 능선분석을 한 결과 색가 최대값은 5.3이었고, 표 7에 나타난 바와 같이 이때 추출 조건은 주정농도 24.7%, 추출 온도 55.2℃및 추출시간 83.8분이다.

추출물의 색가는 도 5에 도시된 반응 표면에서와 같이 최대점의 형태로 나타내었다. 색가는 주정 농도, 추출 온도, 추출 시간에 대한 추출 조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.

또한, 표 8과 같이, 주정 농도 및 추출 시간에 대하여 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 색가는 주정의 농도가 낮을수록(24~30%), 추출 시간은 83~90분 이내에서 높게 나타났다.

자색 고구마 건조물

중심 합성 계획에 의한 추출 조건별 자색 고구마 건조물의 색가는 위의 표 5와 같으며, 그 결과에 대한 반응표면 회귀식은 아래의 수학식 6과 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.85이고, 10% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로서 능선분석을 한 결과 주정농도 53.4%, 추출 온도 89.8℃및 추출시간 73.3 min의 추출조건에서 색가 최대값이 8.4로 나타났으며(표 7 참조) 원물보다 높은 색가를 나타내었다.

표 9에 따르면, 이는 자색 고구마의 고형분 함량 조사 결과 건조물이 원물대비 약 3배 정도 함량이 높게 나타나 고형분 대비 색가에서 원물의 색가가 더 높은 것으로 판단된다.

추출물의 색가는 도 11에 도시된 반응 표면에서와 같이 안장점의 형태로 나타내었다. 색가는 주정농도, 추출온도, 시간에 대한 추출조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 표 8과 같이 자색 고구마 원물과 달리 추출온도에 대하여 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.

자색 고구마 끝순 건조물

중심 합성 계획에 의한 추출조건별 자색 고구마 끝순 건조물의 색가는 표 5와 같으며, 그 결과에 대한 반응 표면 회귀식은 아래의 수학식 7과 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.87이고, 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로서 능선분석을 한 결과 색가 최대값은 64.0이었고, 이때 추출 조건은 주정농도 14.2%, 추출 온도 61.7℃및 추출시간 89.9 min 이었다(표 7 참조).

추출물의 색가는 도 12에 도시된 반응 표면에서와 같이 안장점의 형태로 나타내었다. 색가는 주정 농도, 추출 온도, 추출 시간에 대한 추출조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 주정 농도에 대하여 영향을 많이 받는 것으로 나타났다(표 8 참조).

알코올성 간 손상에 도움을 주는 자색 고구마 추출물의 추출 최적 조건을 알아보고자 중심 합성 계획을 설정하였고, 이에 따른 각 추출물의 DPPH 라디컬의 소거능을 측정하였으며 IC50값을 산출한 결과는 표 10과 같다.

표 11과 같이, 각각의 결과를 이용하여 항산화에 대한 최적 추출 조건을 얻고자 반응표면 회귀분석을 실시하여 각 소재(자색 고구마 원물, 건조물, 끝순)에 대한 회귀식을 도출하였다.

변수별 최적 추출조건과 DPPH 라디컬 소거등의 IC50 값을 예측하여 표 12에 나타내었다.

도 13 내지 도 15는 최적 추출 조건 설정을 위한 항산화 모니터링 실험의 결과들을 나타내는 그래프들로서, 최적 추출 조건 설정을 위한 반응 표면을 주정 농도, 추출 온도 및 추출 시간을 독립변수로 하여 나타낸 것이다.

자색 고구마 원물

중심 합성 계획을 통한 자색 고구마 원물의 DPPH 라디컬 소거능의 IC50는 표 10과 같으며, 그 결과에 대한 반응표면 회귀식은 아래의 수학식 8과 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.86이고, 10% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로서 능선분석을 한 결과 IC50의 최소값은 0.005546으로, 이때 추출조건은 주정농도 36.94%, 추출 온도 65.41℃및 추출시간 111.60 min 이었다(표 12 참조).

추출물의 색가는 도 13에 도시된 반응 표면에서와 같이 안장점의 형태로 나타내었다. 항산화는 주정농도, 추출온도, 시간에 대한 추출조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.

특히, 표 13을 참조하면, 항산화 활성은 추출 시간(p<0.05)에 가장 영향을 많이 받았으며, 주정 농도(p<0.05) 및 추출 시간에 대하여 10% 이내에서 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 항산화는 주정 농도가 낮은 36% 전후, 추출 온도는 65℃ 전후, 추출 시간이 긴 100~120 분 이내에서 높게 나타났다.

자색 고구마 건조물

중심 합성 계획을 통한 자색 고구마 원물의 DPPH 라디컬 소거능의 IC50는 표 10에서와 같이 나타내었고, 그 결과에 대한 반응 표면 회귀식은 아래의 수학식 9과 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.79으로, 예측된 정상점은 최소점으로서 나타났다. 능선분석 결과 IC50의 최소값은 0.001841로 나타났으며, 이때 추출조건은 주정농도 48.57%, 추출 온도 86.83℃및 추출시간 102.34 min 이었다표 12 참조).

추출물의 항산화는 도 14에 도시된 형태로 반응표면이 분석되었으며, 항산화는 주정 농도, 추출 온도, 추출 시간에 대한 추출조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.

특히, 추출물의 항산화 활성은 추출 시간(p<0.10)에 가장 영향을 많이 받는 것으로 나타났다(표 13 참조). 항산화는 주정농도가 낮은 47~48%, 추출온도는 80℃ 이상, 추출 시간이 긴 100분 이상에서 높게 나타났다.

자색 고구마 끝순 건조물

중심합성계획을 통한 자색 고구마 원물의 DPPH 라디컬 소거능의 IC50는 표 10에서와 같이 나타내었고, 그 결과에 대한 반응표면 회귀식은 다음의 수학식 10과 같다.

자색 고구마 원물 추출물에 대한 회귀식의 R2는 0.65으로, 예측된 정상점은 안장점으로서 나타났다. 능선분석 결과 IC50의 최소값은 0.00000008로 나타났으며, 이때 추출조건은 주정농도 47.16%, 추출 온도 81.69℃및 추출시간 42.27 min 이었다(표 12 참조).

추출물의 항산화는 도 15의 형태로 반응 표면이 분석되었으며, 항산화는 주정농도, 추출온도, 시간에 대한 추출조건 모두에서 영향을 받고 있는 것으로 나타났고(표 13 참조), 주정농도가 높은 80%이상, 추출온도는 50℃ 이하, 추출 시간이 긴 50분 이내에서 높게 나타났다.

이하에서는, 상기에서 도 10 내지 도 15를 참조하여 설명한 추출물의 색가 및 항산화 실험 결과에 따라, 자색 고구마 추출물의 최적 추출 조건에 대해 설명하기로 한다.

자색 고구마의 최적 추출 조건을 설정하기 위하여, 추출 조건별 추출물의 색가 및 DPPH의 IC50값에 대한 추출 특성을 조사하였다.

그 결과, 색가 및 항산화의 반응표면을 슈퍼임포징(superimposing)하여 최적 추출 조건의 범위를 예측하였다.

자색 고구마 원물의 경우, 최적의 추출 조건은 도 16에 도시된 바와 같이 색가 및 항산화를 모두 만족하는 범위는 주정 농도 28 내지 40%, 추출 온도 60 내지 80℃ 및 추출 시간 80 내지 120분으로 나타났다.

한편, 위와 같이 예측된 최적 조건 범위 내에서 대용량의 조건으로, 주정 농도 28%, 추출 온도 60℃ 및 추출 시간 120분이 도출되었다.

자색 고구마 끝순의 경우 최적의 추출 조건은 도 17에 도시된 바와 같이 나타났으며, 색가 및 항산화를 모두 만족하는 범위는 주정 농도 80 내지 90%, 추출 온도 80 내지 90℃ 및 추출 시간 80분 이상으로 나타났다.

한편, 위와 같이 예측된 최적 조건 범위 내에서 대용량의 조건으로, 주정 80%, 추출 온도 80℃, 추출 시간 100분이 도출되었다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

1. 자색 고구마의 끝순으로부터 추출되어 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자색 고구마의 끝순 추출물은 일정 온도 및 일정 시간의 추출 조건에서 에탄올을 이용하여 추출되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 자색 고구마의 끝순 추출물은 80 내지 90%의 주정 농도 조건에서 추출되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
4. 제2항에 있어서,
   상기 자색 고구마 끝순 추출물의 추출 온도는 80 내지 90℃인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
5. 제2항에 있어서,
   상기 자색 고구마 끝순 추출물의 추출 시간은 80분 이상인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자색 고구마의 끝순 추출물은 비타민 및 무기물 영양소를 유효 성분으로 더 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
7. 제1항에 있어서,
   상기 자색 고구마 끝순 추출물은 원심 분리 및 여과 과정을 거쳐 불순물이 제거되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
8. 제1항에 있어서,
   농축 및 동결 건조과정을 거쳐 분말로 제조되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
9. 제1항에 있어서,
   상기 자색 고구마 끝순 추출물과 자색 고구마 원물로부터 추출된 추출물을 혼합하여 구성되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
10. 제9항에 있어서,
    상기 자색 고구마 원물 추출물은 28 내지 40%의 주정 농도 조건에서 에탄올을 이용하여 추출되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
11. 제9항에 있어서,
    상기 자색 고구마 원물의 추출 온도는 60 내지 80℃인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
12. 제9항에 있어서,
    상기 자색 고구마 원물의 추출 시간은 80 내지 120분인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물.
13. 80 내지 90%의 주정 농도에서 에탄올을 이용하여 자색 고구마의 끝순으로부터 폴리페놀(polyphenol) 및 안토시아닌(anthocyanin)을 유효 성분으로 포함하는 추출물을 추출하는 단계;
    상기 추출된 자색 고구마의 끝순 추출물을 농축시키는 단계; 및
    상기 농축된 농축액을 동결 건조하는 단계를 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    80 내지 90℃의 추출 온도에서 수행되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    80분 이상의 추출 시간 동안 수행되는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
16. 제13항에 있어서,
    상기 자색 고구마 끝순 추출물에 대해 원심 분리 및 여과 과정을 수행하여 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
17. 제13항에 있어서,
    상기 동결 건조된 자색 고구마 끝순 추출물을 자색 고구마 원물로부터 추출된 추출물을 혼합하는 단계를 더 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,
    28 내지 40%의 주정 농도에서 에탄올을 이용하여 상기 자색 고구마 원물로부터 추출물을 추출하는 단계를 더 포함하는 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 자색 고구마 원물의 추출 온도는 60 내지 80℃인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.
20. 제18항에 있어서,
    상기 자색 고구마 원물의 추출 시간은 80 내지 120분인 자색 고구마 추출물을 이용한 간 손상 보호 및 예방용 조성물의 제조 방법.

Images