KR20210125203A - 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 항균용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균용 조성물에 관한 것으로 커피박 추출물을 유효성분으로 함유함으로써, 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 대장균(Escherichia coli), 대장균 0157(Escherichia coli 0157), 녹농균(Psedomonas aeruginosa), 장염비블리오(Vibrio parahaemolyticus), 리스테리아균(Listeria monocytogenes) 및 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 세균에 대하여 항균 활성을 나타낸다.

Description

커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 항균용 조성물{Antibacterial composition containing coffee waste extract}

본 발명은 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 항균용 조성물에 관한 것이다.

항균 물질은 미생물을 죽이면서 인체 또는 동물에게는 독성이 낮고 체내의 효소 등에 의해 비활성화되지 않는 선택적 독성작용(selective toxicity)을 갖는 물질로서, 이는 주로 DNA의 복제, 유전정보의 전사 및 해독, 전자 에너지의 수송, 세포벽의 생합성 등을 저해함으로써 미생물의 증식을 억제하는 기전을 통해 효과를 나타낸다.

상기 항균 물질은 플레밍(Sir Alexandor Fleming)이 1929년에 페니실린을 처음 발견하고, 플로리(Flory) 등이 1939년에 페니실리움 크리소제늄(Penicillium chrysogenum)의 배양액에서 페니실린을 최초로 분리·정제하여 감염성 질환을 가진 수많은 환자의 생명을 구함으로써 기적의 약으로 알려져 왔다.　이후 1959년까지 본격적으로 연구가 이루어지면서 현재까지 항생 치료제로 유용하게 사용되고 있는 벤질페니실린(benzylpenicillin), 스트렙토마이신(streptomycin), 테트라사이클린(tetracyclin) 및 마크로라이드계의 에리트로마이신(erythromycin) 등이 개발되었다.　

이후 페니실린류(penicillin)가 1965년에 처음 합성방법에 의해 개발되었으며 반합성 페니실린인 메티실린 등이 개발되었고, 1973년에는 세팔로스포린계인 세파졸린이 개발되었다.

그러나, 페니실린이 사용된 지 얼마 되지 않아, 이에 대해 내성을 가지는 세균들이 등장하기 시작하였다. 최초의 페니실린 내성 균주는 1967년 오스트레일리아에서 보고되었고, 곧 메티실린이나 세파졸린에 내성을 가지는 세균들도 나타나기 시작하여 심각한 문제를 야기하게 되었다. 또한, 최초의 여러 가지 항생제에 동시에 내성을 보이는 균이 1977년 남아프리카공화국에서 나타났고, 1980년대에는 각종 세팔로스포린 제제와 퀴놀론, 카바페넴, 모노박탐, 글리코사이드 등 수많은 항생제가 개발되어 실제 임상에서 사용되었다.　그러나 이 시기 이후 본격적으로 페니실린 내성 폐렴구균, 메티실린 내성 황색 포도상구균(MRSA) 등이 세계 각지에서 문제가 되기 시작하였고, 1990년대에는 반코마이신 내성 구균(VRE)이 출현하여 항생제 내성균의 문제가 세계 의약계의 관심사로 대두되었다.

또한, 기존의 항균 물질들은 미생물에만 존재하는 세포성분, 예를 들면 펩티도글라이칸(peptidoglycan), 세균성 리보좀(bacterial ribosome), 세균성 DNA 자이레이즈(bacterial DNA gyrase) 등에 특이적으로 작용하여 미생물을 죽이거나(bacteriocidal) 그 성장을 저해(bacteriostatic)함으로써 항균효과를 나타내게 되는데, 이러한 경우 인체에 유익한 박테리아에게도 치명적인 손상을 입힐 수 있다는 문제점이 제기되어 왔다.　따라서, 신체의 피부나 점막에 상시 존재하는 정상 미생물군(normal microflora)을 최대한 보호함으로써 외부 세균의 침입에 의한 감염을 억제함과 동시에 그람양성(Gram positive) 또는 그람음성(Gram negative) 유해균만을 제거할 수 있는 선택적 항균성분의 개발, 합성 또는 천연물을 대상으로 광범위하게 진행되고 있는 실정이다.

현대인들은 전세계적으로 화학 합성품에 대한 거부감이 있어 천연에서 나온 천연 치료제들을 선호하는 경향이 점차 늘어가고 있으므로 천연 물질을 이용한 항균 조성물이 점차 요구되고 있다.

한편, 커피원두에서 커피액을 추출하고 남은 잔사인 커피박은 세계적으로 연간 6백만 톤 이상 폐기물로 다량 발생하고 있으나 이에 대한 활용 및 처리방안이 부족한 상황이다. 따라서 커피박의 재활용에 대한 관심이 증대되고 있다.

대한민국 공개특허 제2010-0079825호 대한민국 등록특허 제0971269호

Combustion of coffee husks. Renew. Energ. 23:103-121 Immunostimulatory properties of coffee mannans. Mol. Nut. Food Res. 53:1036-1043 Kinetics and equilibrium studies of methylene blue adsorption by spent coffee grounds. Desalination 249:267-272

본 발명의 목적은 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 항균용 조성물을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항균용 조성물은 커피박 추출물을 유효성분으로 함유할 수 있다.

상기 커피박 추출물은 커피박 용매 추출물 또는 커피박 초임계 추출물일 수 있다.

상기 용매 추출물은 커피박과 물, 탄소수 1 내지 4의 저급알코올 또는 이들의 혼합용매를 1 : 1 내지 100의 부피비로 혼합하여 20 내지 90 ℃에서 추출한 것일 수 있다.

상기 혼합용매는 20 내지 80 부피%의 메탄올, 에탄올, 부탄올 또는 프로판올 수용액일 수 있다.

상기 초임계 추출물은 이산화탄소를 용매로 사용하고, 30 내지 80 ℃의 온도 및 100 내지 500 bar의 압력에서 추출한 것일 수 있다.

상기 항균용 조성물은 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 대장균(Escherichia coli), 대장균 0157(Escherichia coli 0157), 녹농균(Psedomonas aeruginosa), 장염비블리오(Vibrio parahaemolyticus), 리스테리아균(Listeria monocytogenes) 및 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 균에 대하여 항균활성을 가질 수 있다.

상기 항균용 조성물은 610 내지 900 mg/100g의 커피산 및 130 내지 200 mg/g의 카페인을 함유할 수 있다.

본 발명의 항균용 조성물은 커피박 추출물, 바람직하게는 커피박 용매 추출물 또는 커피박 초임계 추출물을 함유하여 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 대장균(Escherichia coli), 대장균 0157(Escherichia coli 0157), 녹농균(Psedomonas aeruginosa), 장염비블리오(Vibrio parahaemolyticus), 리스테리아균(Listeria monocytogenes) 및 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 균에 대하여 항균활성을 갖는다.

또한, 본 발명의 항균용 조성물은 드론 등을 이용하여 공기 중에 살포되면 공기 및 물체의 표면에 함유된 상기 세균 등을 사멸시켜 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.

본 발명은 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 항균용 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 항균용 조성물은 커피박 추출물을 유효성분으로 함유한다.

상기 커피박은 커피 열수 추출물의 제조공정에서 생기는 추출 잔사로, 세계적으로 연간 6백만 톤 이상 생산되는 것으로 추산된다. 특히 상기 커피박을 연료소재, 사료 또는 비료 첨가물(Saenger, M., Hartge, E. Werther, J. Ogada, T. and Siagi, Z. 2001. Combustion of coffee husks. Renew. Energ. 23:103-121.), 기능성 물질 소재원(Simoes, J., Madureira, P., Nunes, F. M., Domingues, M. R. Vilanova, M. and Coimbra, M. A. 2009. Immunostimulatory properties of coffee mannans. Mol. Nut. Food Res. 53:1036-1043.), 바이오디젤 원료(Franca, A. S., Oliveira, L. S. and Ferreira, M. E. 2009. Kinetics and equilibrium studies of methylene blue adsorption by spent coffee grounds. Desalination 249:267-272.)로서 이용하는 연구가 이루어지고 있다.

상기 커피박은 다양한 생리활성성분을 함유하고 있으며, 특히 본 발명자들은 커피박 추출 조건을 최적화함으로써 항균활성을 극대화하여 이를 항균용 조성물의 소재로서 활용하고자 한다.

본 발명의 커피박 추출물은 용매를 이용하여 추출하는 커피박 용매 추출물 또는 초임계 장치를 이용하여 추출한 커피박 초임계 추출물일 수 있다.

상기 커피박 용매 추출물은 커피박과 추출용매를 1 : 1 내지 100의 부피비로 혼합하여 20 내지 90 ℃, 바람직하게는 25 내지 70 ℃에서 추출한 추출물이다. 상기 커피박과 추출용매의 중량비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 추출물에 커피박의 유효성분이 적은 양으로 추출될 수 있으며, 추출온도가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 항균활성이 없을 수 있다.

상기 추출물을 추출하는 추출용매는 특별히 한정하는 것은 아니지만 물, 탄소수 1 내지 4의 저급알코올 또는 이들의 혼합용매를 들 수 있으며, 바람직하게는 물, 20 내지 80 부피%의 메탄올, 에탄올, 부탄올 또는 프로판올 수용액을 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 물 또는 20 내지 80 부피%의 에탄올 수용액을 들 수 있다.

또한, 상기 커피박 초임계 추출물은 초임계 유체를 이용하여 30 내지 80 ℃, 바람직하게는 40 내지 60 ℃의 온도 및 100 내지 500 bar, 바람직하게는 150 내지 400 bar의 압력에서 추출한 추출물이다. 초임계 추출 시 온도 및 압력이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 다양한 균에 대하여 항균활성이 없을 수 있다.

상기 초임계 추출 시 사용되는 유체로는 이산화탄소 또는 펜탄이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 이산화탄소를 들 수 있다.

이와 같이 제조된 본 발명의 커피 추출물은 610 내지 900 mg/100g의 커피산 및 130 내지 200 mg/g의 카페인을 유효성분으로 함유한다.

본 발명의 커피박 대신 커피나무 잎 또는 커피원두를 사용하는 경우에는 본 발명과 항균활성을 갖는 균의 종류가 상이할 뿐만 아니라 상기 균에 대한 항균활성도 낮다.

본 명세서에서 커피박을 언급하면서 사용되는 용어 ‘추출물’은 추출용매 또는 초임계 처리를 통하여 얻은 조추출물뿐만 아니라 커피박 추출물의 가공물도 포함한다. 예를 들어, 커피박 추출물은 감압 증류 및 동결 건조 또는 분무 건조 등과 같은 추가적인 과정에 의해 분말 상태로 제조될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 용어 ‘유효성분으로 함유하는’이란 커피박 추출물의 효능 또는 활성을 달성하는 데 충분한 양을 포함하는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1 내지 12. 커피박 용매 추출물

커피박과 용매를 1 : 10의 부피비로 혼합한 후 추출하여 커피박 용매 추출물을 수득하였다.

사용된 용매, 추출 온도 및 추출 시간은 하기 [표 1]에 나타내었다.

실시예 13 내지 20. 커피박 초임계 추출물

특정 압력 및 온도로 유지된 초임계 이산화탄소에 커피박을 투입하여 2시간 동안 초임계 추출을 수행하여 커피박 초임계 추출물을 수득하였다.

추출 온도 및 추출 시간은 하기 [표 2]에 나타내었다.

구분	용매	추출 온도(℃)	추출 시간(hr)
실시예 1	물	25	12
실시예 2		50	2
실시예 3		70	2
실시예 4	25 부피% 에탄올	25	12
실시예 5		50	2
실시예 6		70	2
실시예 7	50 부피% 에탄올	25	12
실시예 8		50	2
실시예 9		70	2
실시예 10	75 부피% 에탄올	25	12
실시예 11		50	2
실시예 12		70	2

구분	초임계 유체	추출 온도(℃)	추출 압력(bar)	추출 온도(℃)
실시예 13	이산화탄소	40	150	2
실시예 14			200
실시예 15			300
실시예 16			400
실시예 17		60	150
실시예 18			200
실시예 19			300
실시예 20			400

<시험예>

시험예 1. 항산화 활성 측정

항산화 평가는 항산화 성분들이 항균 효과가 있어 측정하였다.

1-1. DPPH 라디칼 소거능(%): 시료 각각을 1 mg/mL의 농도로 DMSO로 녹이고, DW로 10배 희석하여 실험에 사용하였다. 시료 5 μL와 DPPH 용액 195 μL을 혼합하여 30분간 암소상태에서 반응시킨 후, 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성 대조군은 L-ascorbic acid를 사용하여 동일한 조건으로 실시하였다.

1-2. ABTS 라디칼 소거능(%): 7 mM ABTS와 2.45 mM Potassium persulfate를 DW에 녹인 다음 12시간 동안 차광하여 보관하였다. 이 반응액을 734 nm에서 에탄올을 이용하여 흡광도 0.70±02로 보정하였다. ABTS 195 μL에 시료 각각 5 μL을 첨가하여 15분 반응 후, 734 nm에서 흡광도를 측정하여 ABTS 라디칼 소거능을 계산하여 산출하였다.

구분	DPPH 라디칼 소거능(%)	ABTS 라디칼 소거능(%)
커피 원두	68.2	76.5
실시예 1	64.5	93.2
실시예 2	53.5	88.0
실시예 3	57.3	90.2
실시예 4	38.6	51.5
실시예 5	59.4	87.7
실시예 6	65.6	92.9
실시예 7	37.5	49.8
실시예 8	35.8	51.7
실시예 9	34.5	53.9
실시예 10	35.9	52.8
실시예 11	33.5	50.0
실시예 12	34.0	50.8
실시예 13	53.8	61.3
실시예 14	42.1	53.4
실시예 15	44.7	54.9
실시예 16	41.9	54.1
실시예 17	79.1	76.8
실시예 18	60.8	60.8
실시예 19	59.2	63.1
실시예 20	46.8	57.2

위 표 3에 나타낸 바와 같이, 커피박 용매 추출물 중에서는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6의 추출물이 다른 군에 비하여 항산화능이 우수하였으며, 커피박 초임계 추출물 중에서는 실시예 17 내지 20이 다른 군에 비하여 항산화능이 우수한 것을 확인하였다.

시험예 2. 폴리페놀 함량 측정

폴리페놀은 항균력이 우수하여 측정하였다.

총 폴리페놀 함량: 총 폴리페놀(Total Polyphenol Content) 함량은 변형된 Folin-Ciocalteu’s 방법을 이용하여 측정하였다. Folin-Ciocalteu’s 페놀 용액(Folin & Ciocalteu’s phenol; Sigma-Aldrich, USA)을 시료에 첨가하여 폴리페놀 화합물에 의해 환원되어 청색으로 발색되는 원리에 근거하여 흡광도 변화로 시료의 총 폴리페놀 농도를 측정하였다. 각 시료 0.14 mL를 취하고 0.2 N F.C 페놀용액을 0.7 mL 가하여 8분간 실온에 반응시켰다. 0.56 mL의 7.5% Sodium carbonate 용액을 첨가하여 실온에서 1시간 반응시킨 후 10초간 vortexing하고 분광광도계(Optizen 2102UV, Mecasys, Korea)로 756 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 Gallic acid (Sigma-Aldrich, USA)를 사용하였고 총 폴리페놀 함량은 Gallic acid를 농도별로 희석하여 검량선을 작성한 후 mg Gallic Acid Equivalent (GAE) / g Dried Material (DM)으로 표시하였다.

구분	총 폴리페놀 함량(g/100g)
커피 원두	34.27
실시예 1	48.91
실시예 2	32.58
실시예 3	36.02
실시예 4	24.55
실시예 5	35.74
실시예 6	47.21
실시예 7	29.15
실시예 8	37.11
실시예 9	38.61
실시예 10	21.02
실시예 11	19.54
실시예 12	11.56
실시예 13	45.51
실시예 14	47.65
실시예 15	49.38
실시예 16	48.15
실시예 17	44.19
실시예 18	46.85
실시예 19	46.91
실시예 20	44.77

위 표 4에 나타낸 바와 같이, 커피박 용매 추출물 중에서는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6의 추출물이 다른 군에 비하여 폴리페놀의 함량이 높은 것을 확인하였으며, 커피박 초임계 추출물은 전반적으로 모두 폴리페놀의 함량이 높은 것을 확인하였다.

시험예 3. 커피박 추출물 내 항균성분 측정

살충, 살균, 제초제 성분으로 알려진 카페인산(caffeic acid)과 향미성분으로 해충기피 효과가 있는 카페인(caffeine)의 함량을 측정하였다.

구분	카페인산(mg/100g)	카페인(mg/g)
커피 원두	757.2	126.177
실시예 1	750.4	162.113
실시예 2	617.6	140.659
실시예 3	29.5	136.007
실시예 4	896.6	160.119
실시예 5	702.0	154.790
실시예 6	700.9	152.797
실시예 7	651.1	187.956
실시예 8	453.2	121.113
실시예 9	261.5	88.510
실시예 10	565.0	137.332
실시예 11	318.2	101.694
실시예 12	159.0	72.493
실시예 13	719.4	159.135
실시예 14	735.6	161.452
실시예 15	753.4	164.188
실시예 16	757.0	165.012
실시예 17	710.6	160.561
실시예 18	729.5	165.069
실시예 19	733.8	168.158
실시예 20	741.5	167.001

위 표 5에 나타낸 바와 같이, 커피박 용매 추출물 중에서는 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6 및 실시예 7의 추출물이 다른 군에 비하여 카페인산 및 카페인의 함량이 높은 것을 확인하였으며, 커피박 초임계 추출물은 전반적으로 모두 카페인산 및 카페인의 함량이 높은 것을 확인하였다.

시험예 4. 항균활성 측정

배지는 LB(Luria-Bertani), YM(yeast malt) 및 BHI(Brain heart infusion) 를 이용하였다. 추출물의 상등액을 0.45 ㎛ syringe filter에 여과하여 시료를 준비 후 LB 혹은 YM 고체 배지에 1/50 혹은 1/100로 희석한 지시균을 100 μL 도말 하여 준비 하였다. 시료를 50 μL씩 로딩한 후 37 ℃ 혹은 30 ℃에서 배양 후 관찰하였다.

커피 용매 추출물

위 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 커피박 25 ℃ 물 추출물(실시예 1) 및 커피박 50 ℃ 물 추출물(실시예 2)은 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 리스테리아균(Listeria monocytogenes), 대장균(Escherichia coli) 및 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica)에 대하여 항균활성을 갖는 것을 확인하였다. 또한 25 부피% 에탄올 추출물_50 ℃(실시예 5) 및 25 부피% 에탄올 추출물_70 ℃(실시예 6)은 대장균(Escherichia coli)에 대하여 항균활성을 갖는 것을 확인하였다.

커피 초임계 추출물

위 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 13 내지 20의 추출물은 바실러스 세레우스(Bacillus cereus)을 제외한 다른 균에서 항균활성을 보이는 것을 확인하였다.

특히, 실시예 16, 실시예 19 및 실시예 20의 추출물은 바실러스 세레우스(Bacillus cereus)을 제외한 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 장염비블리오(Vibrio parahaemolyticus), 대장균(Escherichia coli), 대장균 0157(Escherichia coli 0157), 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica) 및 녹농균(Psedomonas aeruginosa) 모두에 대하여 항균활성이 있는 것을 확인하였다.

Claims (7)

1. 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 커피박 추출물은 커피박 용매 추출물 또는 커피박 초임계 추출물인 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 용매 추출물은 커피박과 물, 탄소수 1 내지 4의 저급알코올 또는 이들의 혼합용매를 1 : 1 내지 100의 부피비로 혼합하여 20 내지 90 ℃에서 추출하는 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 혼합용매는 20 내지 80 부피%의 메탄올, 에탄올, 부탄올 또는 프로판올 수용액인 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
5. 제2항에 있어서, 상기 초임계 추출물은 이산화탄소를 용매로 사용하고, 30 내지 80 ℃의 온도 및 100 내지 500 bar의 압력에서 추출한 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 항균용 조성물은 스트렙토코커스 패칼리스(Streptococcus faecalis), 대장균(Escherichia coli), 대장균 0157(Escherichia coli 0157), 녹농균(Psedomonas aeruginosa), 장염비블리오(Vibrio parahaemolyticus), 리스테리아균(Listeria monocytogenes) 및 살모넬라균(Salmonella enterica subsp. enterica)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 균에 대하여 항균활성을 갖는 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 항균용 조성물은 610 내지 900 mg/100g의 커피산 및 130 내지 200 mg/g의 카페인을 함유하는 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.