KR20160076848A - 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법 - Google Patents

진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효소전환법을 사용하여 홍삼농축액에서 진세노사이드 Rd의 함량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법은 홍삼농축액을 정제수에 가하여 희석액을 준비하는 단계; 상기 희석액을 50 내지 70℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 희석액에 희석액 총 중량 대비 1 내지 50중량%의 효소를 첨가하는 단계; 상기 효소 첨가 희석액을 50 내지 70℃에서 2 내지 24시간 동안 숙성시키는 단계; 및 상기 숙성된 희석액을 90 내지 99℃에서 30분 내지 2시간 동안 불활성화시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 홍삼농축액 중 진세노사이드 Rd의 함량을 2배 이상 증가시킬 수 있다.

Description

진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING RED GINSENG CONCENTRATE CONVERTED BY ENZYME WITH INCREASING GINSENOSIDE Rd}
본 발명은 효소전환법을 사용하여 홍삼농축액에서 진세노사이드 Rd의 함량이 증가된 홍삼 효소전환물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
인삼은 오가과(Araliaceae) 인삼속(Panax)에 속하는 식물로서, 세계적으로 인삼속의 식물종(種)은 6~7종 알려져 있다. 하지만, 경제적으로 재배되어 세계시장에서 상품으로 유통되고 있는 인삼(ginseng species)은 크게 3가지 종류가 있다. 지리적으로 한국을 비롯한 중국 등 아시아 극동 지역에 분포되어 재배되고 있는 Panax ginseng C.A Meyer 라는 식물명을 가진 고려 인삼종과 미국과 캐나다에서 재배되고 있는 미국삼(Panax quinquefolium L), 및 중국 남부의 운남성, 광서성에서 생산되고 있는 전칠삼(Panax notoginseng)이 있다.
인삼의 화학성분 함량은 일반적으로 사포닌이 3~6%(프로토파낙사다이올계 24종, 프로토파낙사트리올계 사포닌 11종, 올레아놀린산계 사포닌 1종), 함질소화합물이 12 ~ 16%(단백질, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 알칼로이드), 지용성 성분 1 ~ 2%(지질, 지방산, 정유성분, 테르페노이드, 폴리아세틸렌 페놀화합물 등), 비타민 0.05%, 탄수화물 60~70%, 회분 4~6% 등으로 이루어져 있다.
진세노사이드는 다른 식물에는 존재하지 않고 오직 인삼속(Panax)에만 존재하는 사포닌 성분으로서 인삼의 주요한 약리성분으로 알려져 있다. 진세노사이드는 아글리콘(aglycone)의 화학적 구조에 따라 크게 담마란 형(dammarane type)과 올레아난 형(oleanane type)으로 분류된다. 담마란 형은 아글리콘의 3번, 6번, 12번 탄소에 결합된 하이드록시 기(hydroxy group)에 따라 프로토파낙사디올(protopanaxadiol), 프로토파낙사트리올(protopanaxatriol) 및 오코틸롤(ocotillol)로 분류된다. 올레아난 형은 아클리콘의 구조에 따라 올레아놀산(oleanolic acid)으로 분류된다. 대표적인 프로토파낙사디올(protopanaxadiol)계 진세노사이드는 진세노사이드(ginsenoside) Rb1, Rd, Rc, Rg3 등이 있다. 대표적인 프로토파낙사트리올(protopanaxatriol)계 진세노사이드는 진세노사이드 Rg1, Re, F1 등이 알려져 있으며 이중에서 진세노사이드 Rb1, Rc, Rg1, Re 등은 인삼에 함유된 진세노사이드 총량의 90% 이상을 차지한다.
인삼을 포함한 약용식물을 사람이 섭취하면, 진세노사이드 같은 유효성분은 위산에 의해서 산 가수분해 되고 대장 내 미생물이 생산하는 효소에 의해 효소 가수분해 되어 체내로 흡수된다.
최근의 많은 진세노사이드 관련 약물역동학적 연구결과에 따르면, 진세노사이드가 체내에서 가수분해되는 대사 과정은 도 1에 도시한 과정으로 이루어지는 것으로 알려져 있다. 진세노사이드 Rb1은 위에서의 산 가수분해 및 여러 가지 장내 미생물이 생산하는 효소에 의해서 20번 탄소에 결합된 글루코스가 가수분해되어 진세노사이드 Rd로 전환된 후, 3번 탄소에 결합된 글루코스가 가수분해되어 진세노사이드 F2로 전환되고, 다시 3번 탄소에 결합된 글루코스가 가수분해되어 최종적으로 화합물(compound) K로 전환되어 체내로 흡수되어 약리작용을 나타낸다고 한다.
우리 인체의 약물대사는 개인의 생활환경 또는 식습관에 따라 다양하게 나타나기 때문에 동일한 양의 인삼을 복용하여도 지표성분인 진세노사이드가 약리효과는 나타내는 양상도 매우 다양하게 나타난다.
다양한 진세노사이드들은 약학적 응용성을 갖는 것을 알려져 있다. 특히 진세노사이드 Rd는 다중 약학적 효과를 갖는 프로토파낙사디올형 진세노사이드로서, 항암 활성을 갖는 것이 발견되었다(Yun et al., 2001, Journal of Korean Medical Science 16, S6-S5). 또한, 진세노사이드 Rd는 신경줄기세포의 분화에는 영향을 미치지 않으며, 신경줄기세포의 증식을 촉진시키는 것으로 보고되었다(Journal of Ethnopharmacology 142, 2012, 754-761). 또한 오카다익산에 의해 유도된 신경독성에 대해 진세노사이드 Rd가 신경보호효과를 지님이 보고되었다(Journal of Ethnopharmacology 138, 2011, 135-141). 추가로 진세노사이드 Rd는 마우스 실험 결과에서 노화와 연관된 산화적 손상을 줄이고(Journal of pharmacy and pharmcology 56, 1 2004, 107-113), 자궁경부암세포의 증식을 강하게 억제하며 세포사멸을 유발한다고 보고되었다(Chemistry & Biodiversity 3, 20006, 187-197). 또한, 진세노사이드 Rd가 면역학적 보조활성을 지니며, Th1 과 Th2 사이토카인의 생산과 gene 분화를 조절하는 Th1/Th2 면역반응을 이끄는 것으로 알려져 있다(Vaccine 25, 2007, 161-169). 이러한 여러 문헌들의 연구 결과를 살펴볼 때, 진세노사이드 Rd는 항노화, 항산화, 신경보호작용, 항암활성, 면역활성 등의 다양한 약리학적 활성을 갖는 물질임을 알 수 있다. Rd의 함량은 수삼의 재배 지역에 따라 큰 차이를 보이는데, 평균적으로 수삼에 존재하는 Rb1의 함량은 Rd 함량의 3-4배 이상이다.
따라서, 홍삼농축액 중에서 우수한 약리작용을 나타내는 진세노사이드 Rd의 함량을 증가시킬 필요성이 대두되고 있다. 한국공개특허 제2014-0037511호에서는 효소를 사용하여 수삼추출물 수용액으로부터 진세노사이드 Rg2를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 또한 한국등록특허 제10-1065956호에서는 효소 및 초고압을 이용하여 유효성분 함량을 증가시킨 홍삼 제조방법을 개시하고 있다. 한국등록특허 제10-1331171호에서는 유산균을 이용하여 진세노사이드 Rd가 강화된 발효인삼 또는 발효홍삼의 제조방법을 개시하고 있다.
본 발명은 조사포닌을 함유하고 있는 홍삼농축액에 효소전환 방법을 적용하여 간단하면서도 높은 수율로 진세노사이드 Rd의 함량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법을 제공한다.
상기한 과제는, 홍삼농축액에 정제수를 가하여 희석액을 준비하는 단계; 상기 희석액을 50 내지 70℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 희석액에 희석액 총 중량 대비 1 내지 50중량%의 효소를 첨가하는 단계; 상기 효소 첨가 희석액을 50 내지 70℃에서 2 내지 24시간 동안 숙성시키는 단계; 및 상기 숙성된 희석액을 90 내지 99℃에서 30분 내지 2시간 동안 불활성화시키는 단계를 포함하는, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법에 의해 달성된다.
또한 바람직하게는, 상기 효소는 로하멘트 CL(Rohament CL), 스미자임 SPC(Sumizyme SPC) 및 라피다제 PRESS(Rapidase PRESS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 펙틴분해효소와, 펙실브 LI(Pecylve LI), 스미자임 AC(Sumizyme AC) 및 싸이톨라제 PCL5(Cytolase PCL5)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 당분해효소를 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 효소는 로하멘트 CL 단독, 또는 로하멘트 CL과 싸이톨라제 PCL5가 1:1 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 홍삼농축액은 1g당 70 내지 400mg의 조사포닌을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 홍삼 효소전환물 중 진세노사이드 Rd 함량은 1.00 mg/L 내지 300.00 mg/L일 수 있다.
바람직하게는, 상기 희석액은 pH3.0 내지 pH5.0일 수 있다.
본 발명은 적절한 효소를 단독 조합하고 최적의 양을 사용함으로써, 홍삼농축액 중에서 높은 수율로 진세노사이드 Rd의 함량을 증가시킬 수 있다. 특히 본 발명의 방법은 홍삼농축액 중 진세노사이드 Rd의 함량을 2배 이상 증가시킬 수 있다.
도 1은 진세노사이드가 체내에서 가수분해되는 대사 과정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 진세노사이드 Rd의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. 용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는 이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명은 효소전환법을 사용하여 홍삼농축액에서 진세노사이드 Rd의 함량을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 즉, 홍삼농축액에 포함되어 있는 조사포닌을 진세노사이드 Rd로 전환시켜 우수한 약리효과를 갖는 홍삼 효소전환물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조 방법은, 홍삼농축액에 정제수를 가하여 희석액을 제조하는 단계(S11); 상기 희석액을 50 내지 70℃로 가열하는 단계(S12); 상기 가열된 희석액에 희석액 총 중량 대비 5 내지 50중량%의 효소를 첨가하는 단계(S13); 상기 효소 첨가 희석액을 50 내지 70℃에서 2 내지 24시간 동안 숙성시키는 단계(S14); 및 상기 숙성된 희석액을 90 내지 99℃에서 30분 내지 2시간 동안 불활성화시키는 단계(S15)를 포함한다. 상기에서 불활성화된 홍삼 효소전환물은 50℃ 이하의 저온에서 농축되어 최종적인 홍삼 효소전환물이 제조된다(S16).
이하 각 단계를 상세히 설명한다.
먼저, 홍삼농축액에 정제수를 가하여 희석액을 제조한다(S11). 홍삼 농축액은 본 발명이 속하는 분야에서 일반적으로 적용되는 방법으로 제조할 수 있으며, 특별히 제조방법이 제한되지 않는다. 바람직하게는 9 내지 10월에 수확한 4 내지 6년근 인삼을 세척하고, 이를 증기로 증숙 및 건조하여 홍삼을 제조한다. 이렇게 제조된 홍삼에 주정 및/또는 정제수를 가하고 24 내지 72 시간 동안 가열 추출 및 농축하여 홍삼농축액을 제조할 수 있다. 상기 홍삼농축액 중 조사포닌의 함량은 농축액 중량 기준으로 70 mg/g 내지 400 mg/g 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 홍삼농축액 희석액은 바람직하게는 pH3.0 내지 5.0, 보다 바람직하게는 pH 4.0일 수 있다. 홍삼농축액 희석액의 적정 pH를 유지하기 위하여 구연산을 첨가할 수 있다. 희석액의 pH를 pH3.0 내지 pH5.0로 조정함으로써, 효소 활성을 증가시킬 수 있다.
다음으로, 상기 희석액을 50 내지 70℃로 가열한다(S12). 이때 홍삼 농축액 희석액의 농도는 10° 내지 30° 브릭스(brix), 보다 바람직하게는 20°브릭스일 수 있다.
상기 희석액은 50 내지 70℃로 가열하는 것이 바람직하다. 이는 효소 활성을 최대화하기 위한 것이다. 50℃ 미만에서는 효소에 의해 진세노사이드가 분해되기는 하지만 분해 속도가 낮아 효율이 떨어지고, 70℃를 초과하는 경우에는, 효소 자체가 변성되어 활성이 현저히 저하된다.
상기 가열된 희석액에 효소를 첨가한다(S13). 상기에서 효소는 희석액 총 중량대비 1 내지 50중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 30중량%일 수 있다. 1 중량% 미만인 경우에는 효소 분해활성이 낮고, 50 중량%를 초과하는 경우에는 함량 증가에 따른 분해수율 향상을 기대할 수 없어 경제성이 없다.
상기 효소는 펙틴분해효소, 당분해효소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 로하멘트 CL(Rohament CL, 핀란드 AB Enzymes사 제조), 스미자임 SPC(Sumizyme SPC, 신일본화학사 제조) 및 라피다제 PRESS(Rapidase PRESS, 프랑스 DSM사 제조)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 펙틴분해효소와, 펙실브 LI(Pecylve LI, 프랑스 Lyven사 제조), 스미자임 AC(Sumizyme AC, 신일본화학사 제조) 및 싸이톨라제 PCL5(Cytolase PCL5, 프랑스 DSM사 제조)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 당분해효소를 중량비로 1:3 내지 3:1로 혼합한 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 로하멘트 CL을 단독으로 사용하거나, 로하멘트 CL과 싸이톨라제 PCL5가 1:1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
다음으로 상기 효소 첨가 희석액을 50 내지 70℃에서 2 내지 24시간 동안 숙성시킨다(S14). 상기 숙성 단계에서 숙성 온도는 50 내지 70℃인 것이 바람직하고, 숙성시간은 2 내지 24시간, 보다 바람직하게는 12 내지 24시간일 수 있다.
상기 숙성된 희석액은 90 내지 99℃에서 30분 내지 2시간 동안 불활성화 단계를 거친다(S15). 불활성화 단계를 통해 상기 효소들은 변성되어, 더 이상 효소전환이 이루어지지 않게 된다.
상기 불활성화된 희석액은 50℃ 이하의 저온에서 감압농축시켜서 진세노사이드 Rd의 함량이 높은 홍삼농축액을 제조한다(S16).
상기한 방법으로 제조된 홍삼 효소전환물 중 진세노사이드 Rd의 함량은 1.00 mg/L 내지 300.00 mg/L이다.
이하에서는 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
조사포닌 함량이 160 mg/L인 홍삼농축액 6 mg을 정제수 60 ml에 가하여 용해시켜서 희석하고, 시험관에 6 ml씩 분주하고 60℃로 가열하였다. 상기 가열된 시험관에 로하멘트 CL(Rohament CL, 핀란드 AB Enzyme사 제조) 1.8 mg을 첨가하고 60℃에서 24 시간 동안 정치하면서 일정 시간마다 시료를 취해 95℃ 수욕에서 30분간 정치하였다. 1 시간, 3 시간, 5 시간, 7 시간, 24 시간 시점에서의 진세노사이드 Rd의 함량(mg/g)을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
조사포닌 함량이 160 mg/L인 홍삼농축액 6 mg을 정제수 60 ml에 용해시켜서 희석하고, 시험관에 6 ml씩 분주하고 60℃로 가열하였다. 상기 가열된 시험관에 로하멘트 CL(Rohament CL, 핀란드 AB Enzyme사 제조) 0.6 mg과 싸이톨라제 PCL5(Cytolase PCL5, 프랑스 DSM사 제조) 0.6 mg을 첨가하고 60℃에서 24 시간 동안 정치하면서 일정 시간마다 시료를 취해 95℃ 수욕에서 30 분간 정치하였다. 1 시간, 3 시간, 5 시간, 7 시간, 24 시간 시점에서의 진세노사이드 Rd의 함량(mg/g)을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
조사포닌 함량이 160 mg/L인 홍삼농축액 6 mg을 정제수 60ml에 용해시켜서 희석하고, 시험관에 6ml씩 분주하고 60℃로 가열하였다. 상기 가열된 시험관에 스미자임 SPC(Sumizyme SPC) 0.6mg를 첨가하고 60℃에서 24시간 동안 정치하면서 일정 시간마다 시료를 취해 95℃ 수욕에서 30분간 정치하였다. 1시간, 3시간, 5시간, 7시간, 24시간 시점에서의 진세노사이드 Rd의 함량(mg/g)을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
대조군으로서 조사포닌 함량이 160mg/L인 홍삼농축액 6mg을 정제수 60ml에 용해시켜서 희석하였다. 희석된 홍삼농축액의 진세노사이드 Rd의 함량(mg/g)을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
구연산 수용액(22.2 mg/L, pH 4.0) 60 ml를 제조하였다. 조사포닌 함량이 160mg/L인 홍삼농축액 6mg을 전분 분해효소인 BioWin AG를 0.6mg 첨가하고, 60℃에서 24시간 동안 정치하면서 일정 시간마다 시료를 취해 95℃ 수욕에서 30분간 정치하였다. 1시간, 3시간, 5시간, 7시간, 24시간 시점에서의 진세노사이드 Rd의 함량(mg/g)을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 경과시간
(h)
진세노사이드 Rd
(mg/g)
실시예 1 CL 1 3.59
3 4.60
5 5.00
7 5.04
24 5.49
실시예 2 CL+PCL5 1 3.02
3 3.31
5 3.64
7 3.87
24 4.34
실시예 3 SPC 1 2.56
3 3.13
5 3.24
7 3.41
24 3.98
비교예 1 대조군 0h 1.17
비교예 2 BioWin AG 1 1.92
3 2.00
5 1.99
7 2.00
24 2.13
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 펙틴분해효소인 로하멘트 CL을 약 30% 사용한 경우(실시예 1)에는 대조군 대비 2배 이상 Rd 함량이 증가한 것을 볼 수 있다. 당분해효소인 싸이톨라제 PCL5와 펙틴분해효소인 로하멘트 CL을 조합한 효소를 사용한 경우(실시예 2), 펙틴분해효소인 스미자임 SPC를 사용한 경우(실시예 3)에도 대조군(비교예 1)과 전분 분해효소인 BioWin AG를 사용한 경우(비교예 2)와 대비하여 진세노사이드 Rd의 함량이 2배 이상 증가한 것을 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. 홍삼농축액을 정제수에 가하여 희석액을 준비하는 단계;
    상기 희석액을 50 내지 70℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 희석액에 희석액 총 중량 대비 1 내지 50중량%의 효소를 첨가하는 단계;
    상기 효소 첨가 희석액을 50 내지 70℃에서 2 내지 24시간 동안 숙성시키는 단계;및
    상기 숙성된 희석액을 90 내지 99℃에서 30분 내지 2시간 동안 불활성화시키는 단계를 포함하는, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 효소는 로하멘트 CL(Rohament CL), 스미자임 SPC(Sumizyme SPC) 및 라피다제 PRESS(Rapidase PRESS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 펙틴분해효소와, 펙실브 LI(Pecylve LI), 스미자임 AC(Sumizyme AC) 및 싸이톨라제 PCL5(Cytolase PCL5)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 당분해효소인 것을 특징으로 하는, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 효소는 로하멘트 CL인 것을 특징으로 하는, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 효소는 로하멘트 CL과 싸이톨라제 PCL5가 1:1 중량비로 혼합된 것인, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홍삼 효소전환물 중 진세노사이드 Rd 함량은 1.00 mg/L 내지 300.00 mg/L인, 진세노사이드 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 홍삼농축액 희석액은 pH3.0 내지 pH5.0인, 진세노사이드 화합물 Rd 함량이 증가된 홍삼 효소전환물의 제조방법.
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