KR20180000907A

KR20180000907A - 초고압 및 효소를 처리하여 홍삼 부산물에서 다당체를 분리하는 방법

Info

Publication number: KR20180000907A
Application number: KR1020160079180A
Authority: KR
Inventors: 김성한; 신한승
Original assignee: 주식회사 뉴트렉스테크놀러지; 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2018-01-04
Also published as: KR101872590B1

Abstract

본 발명은 초고압 및 효소를 처리하여 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법을 이용하면 버려지는 홍삼박에서 다당체를 높은 수율로 수득할 수 있으며, 상기 다당체는 기능성 조성물의 성분으로 유용하게 이용될 수 있다.

Description

초고압 및 효소를 처리하여 홍삼 부산물에서 다당체를 분리하는 방법{A method for separating polysaccharides using ultra high-pressure and enzymes from by-product of red ginseng}

본 발명은 홍삼 부산물에서 다당체를 분리하는 방법으로, 구체적으로 홍삼 부산물에 초고압 및 효소를 융합 처리하여 다당체를 수득하는 방법에 관한 것이다.

인삼(Panax ginseng)은 예로부터 오갈피나무과(Araliaceae)에 속하는 다년생 초본류로서, 한방에서는 그 뿌리를 인삼(Ginseng Radix)이라 하며 강장(强壯), 강정(强精), 조혈(造血), 보온(保溫), 건위(健胃), 피로회복, 정신안정, 진정작용 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 인삼의 주요 유효성분으로는 사포닌(saponin), 사포게닌(sapogenin), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 피라진 유도체(pyrazine derivatives), 말톨(maltol) 등이 있으며, 인삼 사포닌은 화학구조의 특성에 따라 프로토파낙사디올(protopanaxadiol), 프로토파낙사트리올(protopanaxatriol) 및 올레아노난(oleanonane) 계열 사포닌으로 구분한다. 현재까지 각각 19종, 10종, 1종의 화합물이 분리 정제되었으며, 디올계와 트리올계는 체내에서의 약리작용이 서로 다른 것으로 알려져 있다. 인삼 사포닌은 다른 식물의 사포닌과 달리 독성이 없고, 0.001% 이하에서는 용혈작용을 나타내지 않는 것으로 알려져 있으며, 중추신경 억제작용, 단백질 합성 촉진작용, 부신피질 호르몬 분비 촉진 작용, 면역증강 작용 등이 있는 것으로 보고되고 있다.

한편, 홍삼은 수삼을 박피를 하지 않은 상태에서 증기로 찌고 건조시키는 증숙의 과정을 반복하여 만든 가공된 인삼을 말하는 것으로서, 홍삼은 담황갈색 혹은 담적갈색을 띠는 시각적인 차이뿐만 아니라 건조 과정에서 수분이 증발되어 단위 g당 생리활성 물질의 함량이 매우 높은 특징이 있다. 또한 홍삼은 증숙 과정에서 사포닌 배당체가 사포닌으로 전환되어 사포닌의 농도가 증가하고 또한 종류도 32종으로 늘어난다.

현재까지 홍삼의 주요 성분인 진세노사이드의 다양한 약리 효과에 대한 연구가 진행되어왔고, 이 진세노사이드는 중추신경계, 내분비계, 면역계, 대사계 등에 작용하여 신체 기능 조절에 다양한 효과를 나타내는 것으로 알려졌다. 이 중 Rb1은 중추신경 억제 작용, 정신안정 작용, 해열작용, 혈청 단백질 합성 촉진 작용, 중성지방 분해 억제, 콜레스테롤 생합성 촉진 작용의 효능이 있고, Rb2는 중추신경 억제 작용, DNA와 RNA 합성 촉진 작용, 부신피질자극 호르몬 분비 촉진 작용, 항당뇨 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 Rg2, Rg3는 암세포 전이 및 증식 억제 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

인삼 및 홍삼은 자연친화적 웰빙 트렌드에 따른 소비자의 수요 증가 및 고령화의 가속화 등의 이유로 건강기능식품으로 많이 활용되고 있으며, 이러한 활용 과정인 농축액을 추출하는 과정에서 부산물이 많이 발생하고 있다. 이러한 부산물들은 대부분 활용되지 못하고 폐기되며, 일부분만 사료 또는 퇴비로 이용되고 있다.

따라서 홍삼 농축액 추출 공정에서 활용되지 못하고 폐기되는 홍삼 부산물을 고부가가치 제품으로 활용하는 방안이 필요하다.

본 발명의 일 양상은 홍삼 제조 후 나오는 부산물인 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상은 홍삼박을 초고압으로 처리하는 단계; 초고압 처리된 홍삼박에 효소를 처리하는 단계; 상기 효소 처리된 홍삼박에 추출용매를 첨가하여 여과하는 단계; 및 상기 여과액에 용매를 첨가하여 다당체를 침지시키는 단계를 포함하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법을 제공한다.

본 명세서에서 사용하는 용어 "홍삼박(紅參粕)"은 홍삼을 물 또는 알코올 등의 용매로 추출하고 남은 잔사를 의미한다. 홍삼을 수회 반복 추출하더라도, 물 또는 알코올 등의 추출용매에 용해되는 성분만 추출되고 용해되지 않은 유효 성분들은 홍삼박에 잔류하게 된다.

본 명세서에서 사용하는 "초고압(ultrahigh-pressure)"은 식품 가공 분야에서 액체 또는 고체 식품을 포장하거나 포장하지 않은 상태에서 100 내지 900 MPa(mega pascal)의 정수압(hydrostatic pressure)으로 압력 처리하는 것을 의미하며, 최대 600 MPa을 유지할 수 있는 용기에 시료를 넣고 압력을 가하면 용기 내에 채워진 가압 기질(media)이 압력에 의하여 부피가 감소하면서 초고압이 시료의 모든 면에 균일하게 전달되어 성형, 살균 및 압축 처리가 가능한 기술이다.

일 구체예에 따르면 상기 초고압으로 처리하는 단계는 400 내지 700 MPa의 압력에서 이루어질 수 있으며, 450 내지 600 MPa에서 이루어지는 것이 바람직하고, 550 MPa에서 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 압력 범위가 400 MPa보다 낮은 경우 홍삼박에서 유효성분이 제대로 추출되지 않을 수 있으며, 700 MPa보다 높은 경우 유효성분의 변형이 유발될 수 있다. 압력을 가하는 시간은 0.5분 내지 3분인 것이 바람직하며, 1분인 것이 더욱 바람직하다.

일 구체예에 따르면 상기 효소는 펙티나아제, 알파-아밀라아제, 셀룰라아제, 헤미셀룰라아제 및 자일라나아제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 효소를 처리하는 단계는 각각의 효소의 활성 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 구체적으로는 20 내지 60℃의 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 35 내지 45℃의 온도 범위에서 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 온도가 20℃ 미만인 경우 낮은 온도 때문에 효소-기질 반응이 일어나지 않을 수 있으며, 60℃를 초과하는 경우 단백질의 변성이 일어나서 효소가 제 기능을 발휘하지 못할 수 있다.

일 구체예에 따르면 상기 추출용매는 물인 것이 바람직하며, 홍삼박 부피의 10배의 물을 첨가하여 60 내지 90℃의 온도 범위에서, 더욱 바람직하게는 75 내지 85℃의 온도 범위에서 30분 내지 4시간 동안 홍삼박과 추출용매를 교반하여 혼합시킬 수 있다. 또한 상기 여과하는 단계는 당업계의 통상적인 방법에 따라 이루어질 수 있다.

본 명세서에서 사용하는 용어 "추출물"은 당업계에서 조추출물(crude extract)로 통용되는 의미를 갖지만, 광의적으로는 추출물을 추가적으로 분획(fractionation)한 분획물도 포함할 수 있다. 즉, 홍삼박의 추출물은 상술한 추출용매는 이용하여 얻은 것뿐만 아니라, 여기에 정제과정을 추가적으로 적용하여 얻은 것도 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 홍삼박 추출물을 일정한 분자량 컷-오프 값을 갖는 한외 여과막을 통과시켜 얻은 분획, 다양한 크로마토그래피(크기, 전하, 소수성 또는 친화성에 따른 분리를 위해 제작된 것)에 의한 분리 등, 추가적으로 실시된 다양한 정제 방법을 통해 얻어진 분획도 본 발명의 홍삼박 추출물에 포함될 수 있다.

상기 여과액에 첨가하는 용매에는 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올(예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말-프로판올, 이소-프로판올 및 노말-부탄올 등) 또는 상기 저급 알코올과 물과의 혼합용매가 이용될 수 있으며, 일 구체예에 따르면 에탄올인 것이 바람직하다.

일 구체예에 따르면 상기 다당체를 침지시키는 단계는 다당체의 유의적인 침출을 위하여 12시간 내지 36시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 20시간 내지 30시간 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하다.

일 구체예에 따르면 상기 다당체를 분리하는 방법은 다당체를 침지시키는 단계 이후에 원심분리하여 침전된 다당체를 회수하여 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따르면 버려지는 홍삼박에서 다당체를 높은 수율로 분리할 수 있으며, 상기 다당체는 각종 조성물의 유효성분으로 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 홍삼박에서 초고압 및 효소를 이용한 다당체의 제조 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 다당체의 제조 공정에 따른 다당체 수율의 차이를 비교한 그래프이다.
도 3은 다당체의 제조 공정에 따른 산성 다당체의 함량 차이를 비교한 그래프이다.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 홍삼 부산물( 홍삼박 )을 이용한 다당체의 제조

홍삼제품 제조 부산물(이하 "홍삼박"으로 표기함)을 이용하여 다당체를 하기와 같은 방법으로 각각 제조하였다. 홍삼박은 (주)뉴트렉스테크놀로지의 홍삼 추출물 제조과정에서 생성되는 부산물을 이용하였다.

1-1: 일반 공정에 의한 다당체의 제조

생성된 홍삼박에 홍삼박에 10배 부피의 물을 첨가하여 80℃에서 3시간 동안 교반한 후 여과하여 홍삼박 추출물을 수득하였다. 이후 상기 홍삼박 추출물에 에탄올을 첨가하여 24시간 동안 교반한 후 원심분리하여 다당체를 침전시키고, 원심분리하여 침전된 다당체를 회수한 후 건조시켰다.

1-2: 초고압 및 효소 처리에 의한 다당체의 제조

생성된 홍삼박을 진공포장하여 550 MPa의 초고압을 1분 동안 처리한 후, 초고압 처리한 홍삼박에 펙티나아제(pectinase), 알파-아밀라아제(α-amylase), 셀룰라아제(cellulase), 헤미셀룰라아제(hemicellulase) 및 자일라나아제(xylanase)를 홍삼박 농도의 2%로 각각 첨가하여 40℃에서 30분 동안 반응시켰다. 이후 상기 초고압 및 효소를 처리한 홍삼박에 10배 부피의 물을 첨가하여 80℃에서 3시간 동안 교반한 후 여과하여 홍삼박 초고압 추출물을 수득하였다. 다음 단계로 상기 홍삼박 초고압 추출물에 에탄올을 첨가하여 24시간 동안 교반한 후 원심분리하여 다당체를 침전시키고, 원심분리하여 침전된 다당체를 회수한 후 건조시켰다. 상기 초고압 및 효소 처리에 의한 다당체 수득 과정을 도 1에 개략적으로 도시하였다.

실시예 2: 다당체 수율의 비교

상기 실시예 1-1에서 수득한 일반 공정(대조군)에 따른 다당체와 실시예 1-2에서 수득한 초고압 및 효소 처리(실험군)에 따른 다당체의 수율을 하기 수학식 1에 따라 비교하였다.

그 결과 하기 표 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 초고압을 처리하거나 또는 초고압 및 효소를 융합 처리한 실험군에서 다당체의 수율이 현저히 높은 것을 확인하였다.

원료명	다당체 수율(g)	홍삼 부산물 대비 기준함량(%)
홍삼박	4.52	100
초고압 홍삼박	6.87	152
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (α-amylase)	6.34	140
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (cellulase)	7.89	174
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (pectinase)	7.4	164
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (hemicellulase)	4.65	103
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (xylanase)	4.24	94

또한, 다당체 시료 중에서 산성 다당체의 함량을 정량 하기 위하여 산성 다당체와 구조가 유사한 펙틴 정량에 사용되는 카바졸 황산(carbazole sulfuric acid) 방법을 이용하였다. 구체적으로, 건조시킨 다당체 시료와 에탄올에 용해한 0.1% 카바졸(carbazole) 용액을 혼합하고, 황산(sulfuric acid)을 첨가하여 잘 혼합한 후 85℃에서 15분 동안 반응시킨 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였다.

그 결과 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이 홍삼박에서 일반 공정에 따라 추출한 산성 다당체의 함량과 비교하여 초고압 및 셀룰라아제 처리시에 산성 다당체의 함량이 59% 증가되어 추출 수율이 가장 우수한 것을 확인하였다.

원료명	산성 다당체 (㎎/g)	초고압 처리한 홍삼박 대비 기준함량(%)	일반 공정 대비 기준함량(%)
홍삼박	13.63	-	100
초고압 홍삼박	16.57	100	122
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (α-amylase)	16.19	98	119
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (cellulase)	21.64	131	159
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (pectinase)	17.69	107	130
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (hemicellulase)	12.37	75	91
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (xylanase)	13.20	80	97
초고압 및 효소 융합 홍삼박 (α-amylase:cellulase 1:3)	15.09	91.0	110.7

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

a) 홍삼박을 초고압으로 처리하는 단계;
b) 상기 a)의 초고압 처리된 홍삼박에 효소를 처리하는 단계;
c) 상기 b)의 효소 처리된 홍삼박에 추출용매를 첨가하여 여과하는 단계; 및
d) 상기 c)의 여과액에 용매를 첨가하여 다당체를 침지시키는 단계를 포함하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 a)의 초고압으로 처리하는 단계는 400 내지 700 MPa의 압력에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 b)의 효소를 처리하는 단계는 20 내지 60℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 b)의 효소는 펙티나아제, 알파-아밀라아제, 셀룰라아제, 헤미셀룰라아제 및 자일라나아제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 d)의 용매는 물, 알코올 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 d)의 침지시키는 단계는 12시간 내지 36시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼박에서 다당체를 분리하는 방법.