KR20220009516A - 스피루리나 및 락토바실러스를 포함하는 건강기능식품 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스피루리나 및 락토바실러스를 포함하는 건강기능식품 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체를 포함하며, 상기 락토바실러스 속 균체는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체이고, 상기 스피루리나와 상기 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함하는, 건강기능식품 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 스피루리나와 함께 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체를 포함하면서 우수한 항산화 활성을 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명의 조성물을 제제화하여 제공할 경우 하나의 제제를 섭취하는 것 만으로도 스피루리나와 락토바실러스 속 균체의 성분을 동시에 효율적으로 섭취할 수 있도록 하는 효과를 소비자에게 제공할 수 있다.

Description

스피루리나 및 락토바실러스를 포함하는 건강기능식품 조성물{Health functional food compostion comprising spirulina and lactobacillus}
본 발명은 스피루리나 및 락토바실러스를 포함하는 건강기능식품 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체를 포함하며, 상기 락토바실러스 속 균체는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체이고, 상기 스피루리나와 상기 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함하는, 건강기능식품 조성물에 관한 것이다.
스피루리라(spirulina)는 남세균(cyanobacteria, blue-green algae)의 바이오매스(biomass)로 기능성 식품에 활용되고 있으며, 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis), 아트로스피라 푸시포미스(A. fusiformis) 및 아트로스피라 맥시마(A. maxima)의 3개 종이 있다. 이 스피루리라는 식사요법과 함께 투여하여 당뇨병에 대한 좋은 효과를 나타내는 것으로 보고된 바 있으며, 빈혈증에 효과가 있는 것으로 알려져 있고, 이 밖에도 면역력 증강, 콜레스테롤 저하, 항산화 기능, 체중 감소 등의 효과가 있는 것으로 기대되고 있어, 건강기능식품에 많이 활용되고 있다.
프로바이오틱스(probiotics) 또한 그 특유의 유익한 효과로 건강기능식품에 많이 활용되고 있다. 프로바이오틱스란 일반적으로 체내에 들어가서 건강에 좋은 효과를 주는 살아있는 균을 의미하며, 대부분이 유산균들이다. 유산균들 중에서도 특히 락토바실러스 속의 균주들이 많다. 일반적으로 프로바이오틱스 균주는 장내 환경에 유익하게 작용하며, 소화흡수 개선, 항비만, 면역 균형 등의 효과를 제공할 수 있다.
이 밖에 건강기능식품으로 활용할 수 있는 다양한 재료들이 알려져 있으나, 소비자의 입장에서는 이들 각각을 별도의 제제형태로 섭취하기에는 부담이 된다. 따라서 소비자에게 섭취의 용이성을 제공하기 위해 하나의 제제에 여러 가지 기능성 재료들을 포함시키는 시도가 이루어지고 있다.
그러나 이러한 재료들을 혼합된 상태로 제공할 경우 각 재료들의 상호작용에 의해 고유의 생리활성이 온전히 발휘되지 못하는 경우가 많이 발생하고 있어 이를 해결할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명자는 건강기능식품으로 활용할 수 있는 기능성 재료 중 인체에 매우 유익한 스피루리라와 프로바이오틱스를 함께 함유하면서, 항산화 활성을 최적화한 조성물을 개발하여 소비자에게 제공하고자 하였다.
대한민국 등록특허 제10-1286214호 대한민국 등록특허 제10-1620734호
본 발명의 주된 목적은 스피루리라와 프로바이오틱스를 함께 함유하면서 우수한 항산화 활성을 나타낼 수 있는 건강기능식품 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체를 포함하며, 상기 락토바실러스 속 균체는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체이고, 상기 스피루리나와 상기 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함하는, 건강기능식품 조성물을 제공한다.
본 발명의 조성물에 있어서, 상기 스피루리나는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis)의 배양물인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물에 있어서, 상기 스피루리나는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis)를 자룩스 배지(Zarrouk's medium) 계열의 배지에 접종하고, 200 μmol photons/㎡/s을 초과하는 광량, 15 : 9 = L : D 내지 17 : 7 = L : D의 광주기 및 28 내지 32℃의 온도 조건으로 8 내지 12일간 연속 폭기하면서 진탕배양하고, 배양된 균체를 건조하여 수득된 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물은 스피루리나와 함께 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체를 포함하면서 우수한 항산화 활성을 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명의 조성물을 제제화하여 제공할 경우 하나의 제제를 섭취하는 것 만으로도 스피루리나와 락토바실러스 속 균체의 성분을 동시에 효율적으로 섭취할 수 있도록 하는 효과를 소비자에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 스피루리나를 배양하는 경우, 배양기간에 따른 OD값 및 생산수율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 배양된 스피루리나의 클로로필-a(chlorophyll-a)의 농도 분석 결과 및 피코시아닌(phycocyanin)의 농도 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조성물의 ABTS 활성 평가를 위한 표준물질(아스코르브산)의 항산화 활성 검량 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조성물의 ABTS 활성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 조성물의 DPPH 활성 평가를 위한 표준물질(아스코르브산)의 항산화 활성 검량 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조성물의 DPPH 활성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 건강기능식품 조성물은 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체를 포함하며, 상기 락토바실러스 속 균체는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체이고, 상기 스피루리나와 상기 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 스피루리나는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis), 아트로스피라 푸시포미스(A. fusiformis) 및 아트로스피라 맥시마(A. maxima) 중에서 선택된 하나 이상의 남세균 균체일 수 있으며, 바람직하게는 아트로스피라 플라텐시스의 균체이다.
본 발명에서 스피루리나는 바람직하게는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis)를 자룩스 배지(Zarrouk's medium) 계열의 배지에 접종하고, 200 μmol photons/㎡/s을 초과하는 광량, 15 : 9 = L : D 내지 17 : 7 = L : D의 광주기 및 28 내지 32℃의 온도 조건으로 8 내지 12일간 연속 폭기하면서 진탕배양하고, 배양된 균체를 건조하여 수득된 것이다.
상기 자룩스 배지 계열의 배지는 자룩스 배지, 또는 자룩스 배지를 변경한 변형 자룩스 배지를 의미하며, 변형 자룩스 배지는 자룩스 배지의 조성에서 성분의 함량을 가감하거나, 일부 성분을 제외하거나, 일부 성분을 특정 성분으로 대체하거나, 특정 성분을 추가한 것일 수 있다. 바람직하게는 변형 자룩스 배지는 표 3의 조성이며, 표 3의 성분 함량에서 ±10%로 조정 가능할 것이다. 표 3의 조성에서 용액 A5 및 B6의 성분 또한 ±10%로 조정 가능할 것이다.
본 발명에서 스피루리나는 바람직하게는 건조물의 형태로 포함된다.
본 발명에서 락토바실러스 불가리커스 및 락토바실러스 에시도필러스는 락토바실러스 속의 균주를 배양하는 통상의 방법, 예를 들어 MRS 배지에서 20 내지 40℃로 배양하는 방법으로 배양할 수 있다.
본 발명에서 락토바실러스 불가리커스 및 락토바실러스 에시도필러스는 바람직하게는 건조물의 형태로 포함된다.
본 발명의 조성물은 스피루리나와 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함한다. 이는 비율을 달리한 조성물의 항산화 활성 실험결과를 바탕으로 한다. 특히 ABTS 실험결과에 따르면 스피루리나와 락토바실러스 속 균체의 비율을 75 : 25, 50 : 50, 25 : 75로 달리하고, 스피루리나 100%, 락토바실러스 속 균체 100%와 항산화 효과를 비교한 결과, 75 : 25 및 50 : 50의 비율인 경우와 비교하여 25 : 75의 비율에서 항산화 효과의 감소폭에 현저한 차이가 나타났다. 이는 75 : 25 내지 50 : 50의 비율로 할 경우 스피루리나의 함량이 줄어드는 것에 따른 항산화 효과의 감소를 최소화할 수 있다는 것을 뒷받침한다. 스피루리나의 비율을 더 높일 경우 상대적으로 락토바실러스 속 균체의 비율이 너무 낮아지게 되어 락토바실러스 속 균체의 충분한 효과(프로바이오틱스 효과)가 발휘되기 어렵기 때문에, 이 경우에 대해서는 고려하지 않았다. 또한 실험결과를 보면 특히 75 : 25 내지 50 : 50의 비율의 경우 스피루리나의 양이 줄어들었음에도 불구하고 줄어든 정도에 비해 높은 항산화 효과가 발휘되는 것으로 나타났다. 이는 스피루리나와 락토바실러스 불가리커스 또는 락토바실러스 에시도필러스의 조합으로 인해 항산화 활성에서 시너지 효과가 발휘될 수 있음을 시사한다.
본 발명의 조성물 중 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체는 조성물 총 중량의 1 내지 100중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물에는 상기와 같은 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체 이외에 다른 성분이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 식품학적으로 허용가능한 부형제, 첨가제, 예를 들어 상기 스피루리나 및/또는 락토바실러스를 안정화시키기 위한 첨가제 등이 더 포함될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
[실시예]
1. 스피루리나 생산
스피루리나 균주로 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis) UTEX LB 2340을 이용하였으며, 배양 시 광원은 실내인공광원(형광등, LED 램프)을 사용하였다.
스피루리나 배양기간에 따른 생산량을 모니터링한 결과, 배양기간이 지속됨에 따라 광학밀도(optical density, O.D)값이 지속적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 배양 8일 이후에는 수율에 큰 차이가 없는 것으로 나타나 10일을 전후로 배양하는 것이 가장 효율적인 것으로 판단되었다(도 1 참조).
실험실 단위의 스피루리나 배양 최적조건을 조사한 결과, 표 1과 같이 나타났다.
스피루리나 배양 최적조건
구분 최적 파라미터
광량 200 μmol/㎡/s
온도 30±2℃
염분 20 psu
pH 10
스피루리나의 생산에 있어 광량, 온도, 탄산염은 가장 중요한 생장요인으로 작용하며, 스피루리나의 유용성분(클로로필-a 등) 증진을 위해서도 필수적이다.
스피루리나 원료의 효과적인 생산을 위해 배양, 활성물질 투여, 농축 및 수확, 건조, 보관, 제품화 6단계로 구분하여 최적 원료 생산조건을 확립하였다.
제조 단계 항목 세부내용
배양 배지종류 변형 자룩스 배지
접종방법 생물 1 : 배양액 10 (중량)
광량 > 200 μmol photons/㎡/s
온도 30±2℃
광주기 16L : 8D
배양방법 진탕 배양
폭기 필터된 공기 연속 폭기
시간 10일
활성물질 투여 투입방법 유속 0.3 ~ 0.4 ㎖/min
첨가농도 100 ~ 150 ppm
농축 및 수확 여과장치 100μ 매시(mesh) 필터
건조 건조방법 50±2℃
시간 72시간 이상
보관 보관방법 냉동보관
제품화 생산방법 500 ~ 2,000g 단위 암포장
변형 자룩스 배지(modified Zarrouk's medium)의 조성은 다음 표 3과 같다.
성분 양(g/L)
NaHCO3 16.8
K2HPO4 0.50
NaNO3 2.5
K2SO4 1.00
NaCl 1.00
MgSO4·7H2O 0.20
CaCl2 0.04
FeSO4·7H2O 0.01
Na2EDTA 0.08
Na2SeO3 0.10
용액 A5 1㎖
용액 B6 1㎖
용액 A5: H3BO3, 2.850; MnCl2·4H2O, 1.810; ZnSO4·7H2O, 0.220; CuSO4·5H2O, 0.079; MoO3, 0.015 (g/L).
용액 B6: NH4VO3, 0.023; KCr(SO4)2·6H2O, 0.096; NiSO4·7H2O, 0.048; Na2MO4·2H2O, 0.018; Ti2(SO4)3, 0.040; Co(NO3)2·6H2O, 0.044 (g/L).
상기 변형 자룩스 배지의 성분 중 Na2SeO3를 첨가하여 배양하였을 때 기존 자룩스 배지에서 배양한 경우에 비해 약 16%의 생장 효율이 높은 것으로 나타났다.
2. 스피루리나와 락토바실러스 속 균체의 혼합 조성물 제조
상기 1에서 생산한 스피루리나와 락토바실러스 속 균체를 혼합하여 조성물을 제조하되, 상기 락토바실러스로 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus)를 사용하였고, 이들을 건조중량을 기준으로 75 : 25, 50 : 50 또는 25 : 75의 중량비가 되도록 혼합하였다.
이때 락토바실러스 불가리커스는 말토덱스트린, 혼합탈지분유, 옥수수전분, 자당, 유당 및 알긴산나트륨이 혼합된 상태의 제제(식품이력추적관리번호: 128181519H091103)를 사용하였으며, 락토바실러스 에시도필러스 또한 말토덱스트린, 혼합탈지분유, 옥수수전분, 자당, 유당 및 알긴산나트륨이 혼합된 상태의 제제(식품이력추적관리번호: 128091519H090901)를 사용하였고, 이들 각 제제에는 각 락토바실러스가 10%(w/w)(1×109 CFU/g 이상)로 포함되어 있다. 이 비율을 고려하여 상기와 같은 스피루리나와 락토바실러스 비율로 혼합하였다.
3. 스피루리나 유효성분 분석
열수추출법으로 3 및 6시간, 80℃ 이상의 조건에서 유효성분의 함량을 분석하고, 색소체 분석은 식품공전에 의거한 분석법을 준수하였다.
상기 1에서 생산한 스피루리나 건조시료 0.1g을 100% 아세톤, 에탄올 또는 메탄올을 용매로 하여 알루미늄 냉암소에서 24시간 동안 추출하였으며, 5분 동안 3,000rpm으로 원심분리하여 상등액을 취한 후 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
아세톤을 용매로 한 경우 :
클로로필-a(chlorophyll-a) = (11.75×A 663-2.81×A 646)
카로티노이드(carotenoid) = {1000×A 470-2.27(11.75×A 663-2.81×A 646)}/227
에탄올을 용매로 한 경우 :
클로로필-a(chlorophyll-a) = (13.95×A 665-6.88×A 649)
카로티노이드(carotenoid) = {1000×A 470-2.05(13.95×A 665-6.88×A 649)}/245
메탄올을 용매로 한 경우 :
클로로필-a(chlorophyll-a) = (15.65×A 666-7.34×A 653)
카로티노이드(carotenoid) = {1000×A 470-2.86(15.65×A 666-7.34×A 653)}/245
피코시아닌(phycocyanin)은 상기 1에서 생산한 스피루리나 건조시료 2g을 증류수 50㎖를 용매로 하여 차광한 후 상온에서 24시간 추출하고, 추출한 용액을 5분 동안 3,000rpm으로 원심분리한 후 흡광도를 측정하여 분석하였다.
c-피코시아닌(㎎/㎖) = (OD 620-0.474OD 652) / 5.34
상기 1에서 생산한 스피루리나의 클로로필-a의 농도를 분석한 결과는 도 2와 같다.
식품의약품안전처에서 권고하는 건강기능식품으로써의 엽록소 기준은 피부건강 및 항산화 8㎎/day 이상, 혈중 콜레스테롤 개선 40㎎/day 이상이다. 이에 본 발명의 스피루리나 1g을 섭취할 경우 피부건강 및 항산화에 도움이 될 수 있으며, 3개 섭취 시 혈중 콜레스테롤 개선에 도움을 줄 수 있는 것으로 나타났다.
4. 조성물의 항산화 활성 분석
4-1. ABTS 활성 분석
대조군으로 스피루리나 100중량%인 조성물 및 각 락토바실러스 속 균체 100중량%인 조성물을 사용하여, 상기 3에서 제조한 조성물의 항산화 활성을 비교하였다.
먼저, ABTS 활성 평가를 위한 표준물질 검량 결과 아스코르브산(ascorbic acid)의 농도에 비례하여 항산화 활성이 나타났으며, R2 또한 0.9988로 계산되었다(도 3 참조).
각 조성물에 대한 ABTS 항산화 활성을 조사한 결과 도 4에서와 같이, 락토바실러스 속 균체 단독의 ABTS 항산화 활성은 나타나지 않았으며, 스피루리나 단독 조성물은 농도가 증가함에 따라 각각 11.59±0.14%, 30.16±0.91%, 53.03±4.39%, 79.77±4.49%, 그리고 16㎎/㎖의 농도에서 100%의 활성도를 나타내었다.
락토바실러스 불가리커스 또는 락토바실러스 에시도필러스를 25%로 배합한 조성물에서는 16㎎/㎖의 농도에서 각각 97.83±1.95%, 98.18±1.34%의 활성이 나타났으며, 배합 조성물 중 가장 높은 활성인 것으로 나타났다.
락토바실러스 불가리커스 또는 락토바실러스 에시도필러스를 50%로 배합한 조성물에서는 16㎎/㎖의 농도에서 각각 88.52±1.01%, 84.99±0.17%의 활성이 나타났으며, 락토바실러스 불가리커스 또는 락토바실러스 에시도필러스를 75%로 배합한 조성물에서는 16㎎/㎖의 농도에서 각각 64.32±0.33%, 58.58±1.92%로 가장 낮은 활성을 나타내었다.
4-2. DPPH 활성 분석
표준물질 검량 결과 아스코르브산(ascorbic acid)의 농도가 0.04㎎/㎖일 때 95.88%의 효능을 나타냈으며, 그 이상의 농도에서는 포화되어 오차값 내의 근소한 차이를 가지는 것으로 나타났다(도 5 참조).
각 조성물에 대한 DPPH 항산화 활성을 조사한 결과 도 6에서와 같이, 스피루리나 단독 조성물은 농도가 증가함에 따라 각각 34.51±1.06%, 36.06±1.19%, 49.92±0.92%, 49.28±1.47%, 그리고 16㎎/㎖의 농도에서 60.88±2.82%로 가장 높은 활성을 나타내었다.
락토바실러스 속 균체 단독의 DPPH 항산화 활성은 나타나지 않았으며, 락토바실러스 속 균체의 함량이 높아질수록 8㎎/㎖, 16㎎/㎖의 고농도에서의 DPPH 활성 측정이 불가능하였는데, 이는 유색 시료의 blank 값이 원인인 것으로 추정된다.
락토바실러스 속 균체 배합 조성물의 락토바실러스 속 균체 함량이 높아질수록 DPPH 활성은 줄어드는 것으로 나타났으며, 배합 조성물 중에서 16㎎/㎖의 농도에서 활성을 나타낸 시료는 락토바실러스 불가리커스를 25%로 함유한 배합 조성물로, 11.71±2.72%의 활성을 나타내었다.
배합비와 농도에 따른 DPPH 활성 결과의 유의성을 검정하기 위해 분산분석(ANOVA)을 실시한 결과, 배합비와 농도의 변수에 따라 복합적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.01).

Claims (3)

  1. 스피루리나 및 락토바실러스 속 균체를 포함하며,
    상기 락토바실러스 속 균체는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus) 및 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus) 중에서 선택된 균체이고,
    상기 스피루리나와 상기 락토바실러스 속 균체를 건조중량을 기준으로 50 : 50 내지 75 : 25의 중량비로 포함하는, 건강기능식품 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스피루리나는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis)의 배양물인, 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스피루리나는 아트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis)를 자룩스 배지(Zarrouk's medium) 계열의 배지에 접종하고, 200 μmol photons/㎡/s을 초과하는 광량, 15 : 9 = L : D 내지 17 : 7 = L : D의 광주기 및 28 내지 32℃의 온도 조건으로 8 내지 12일간 연속 폭기하면서 진탕배양하고, 배양된 균체를 건조하여 수득된 것인, 조성물.
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