KR20220117578A - 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법 - Google Patents

혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법에 관한 것으로, 해조류에서 추출된 후코이단의 함유량을 높일 수 있는 추출방법을 통해, 추출 조건을 최적화하고, 후코이단의 추출 비용 및 시간을 절감하여 대량 추출이 가능한 동시에, 초기 전분분해효소의 활성을 조절함으로써 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법을 제공하는 것이다.

Description

혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법{METHOD FOR EXTRACTING FUCOIDAN FOR GLYCEMIC CONTROL FROM SEAWEED}
본 발명은 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해조류에서 추출된 후코이단의 함유량을 높일 수 있는 후코이단 추출방법을 통해, 추출 조건을 최적화하고, 후코이단의 추출 비용 및 시간을 절감하여 대량 추출이 가능한 동시에, 초기 전분분해효소의 활성을 조절함으로써 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
우리나라에서는 오래전부터 해조류를 식용으로 이용하고 있었으나, 해상 동물처럼 광범위하지는 못하였다. 하지만 최근 들어 해조류가 함유하고 있는 폴리페놀 계열의 영양성분, 비타민, 식물성 단백질, 미네랄 등으로, 미국에서는 차세대 슈퍼푸드 중 하나로 각광받고 있다. 또한 최근 웰빙 바람에 편승되어 해조류에 대한 영양성분 연구가 아주 활발하게 진행되고 있는 상황이다.
해양에는 지구상 모든 생물종의 약 80%가 서식하고 있고, 막대한 자원량이 보고되고 있다. 또한 해양의 환경은 고염, 고압 및 저산소 등 육상과 매우 다르기 때문에, 해양에 서식하고 있는 해양생물은 물질대사 결과 생성될 수 있는 세포내 구성성분이 육상생물과 크게 다를 것으로 예견되고 있다. 따라서 해양생물로부터 기능성물질을 탐색하고, 이를 식품 및 식품첨가제로 이용하고자 하는 연구가 활발하게 수행되고 있으며, 시장성은 급속하게 증가하고 있는 추세이다.
또한, 해조류는 오래 전부터 우리나라를 비롯한 주변 아시아 국가들에서 섭취되어 왔으나, 최근 해조류의 중금속 제거활성, 항고혈압 활성, 고지혈증 예방, 항암 활성, 항염증, 항산화 활성, 항균 활성 등의 잠재적인 건강증진 효과들이 알려지면서 유럽에서도 해조를 단순한 기능성 식품 및 의약품의 원료로 사용하는 것에 그치지 않고, 음식으로 직접 섭취하는 등의 적극적인 변화를 보이고 있다.
해조류는 대부분 수분으로 이루어져 있고, 나머지 성분 중 탄수화물이 가장 많아 당질이 전체 물량 기준으로 거의 절반 이상 된다. 이러한 해조류의 주요 성분인 다당류는 바깥층에서 미세한 섬유상의 결정 구조인 세포벽 다당, 이를 덮고 있는 무정형 겔 상태의 점질다당, 세포 안에 있는 저장 다당, 세 가지로 나눌 수 있다.
해조류는 크게 녹조, 갈조, 홍조로 분류되며, 종류에 따라 그 구성성분은 조금씩 다르다. 이러한 다당류의 유용성은 다음과 같다. 약리효과로는 혈액응고방지, 혈중 중성지질 감소(해조 황산다당, 후코이단, 카라기난, 사라가산), 항콜레스테롤효과(해조 산성다당), 항암효과(칼조류의 황산다당, 청각, 후코이단), 영양효과 (가용성 식이섬유소), 에너지자원(바이오매스), 해조바이오테크놀로지(헤조 다당 분해효소 이용 프로토플라스트 제조) 등이 있다.
이중 갈조류는 수분과 다당 외 여러 무기질로 구성되어 있으며 다당류 성분은 세포벽다당의 직쇄 글루칸, 점질다당(해조 특유 다당, 알긴산, 후코이단, sargassan), 저장다당(라미나린) 등과 같다. 특히 알긴산은 Na-알기네이트 식품첨가물, 섬유(일진산레이온), 아이스크림, 치즈안정제, 의약용 거즈, 다이어트식품(Sr, Cd 체내 흡억제, 정장작용, 무칼로리)에 이용되고 있다.
그 외 갈조류가 포함하고 있는 무기질 성분으로 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 요오드, 철, 아연 등이 있으며 이는 제5의 영양소라고 알려질 정도로 인체 및 동물의 성장이나 각종 질병의 예방에 탁월한 효능이 있는 것으로 알려지고 있다.
해조는 여러 가지 유용물질을 포함하고 있으나, 이중 특히 주목할 것이 후코이단과 무기질 성분이다.
특히, 한국과 일본 및 중국의 동아시아에서 오랜 기간 섭취하여 온 미역과 다시마 등의 갈조류에 함유된 고분자 다당체인 후코이단(fucoidan)이 발현하는 여러 가지의 기능성에 대한 관심이 증폭되고 있다.
후코이단(fucoidan)은 해조류에 존재하는 후코오즈(fucose)를 주성분으로 황산기를 함유하고 있는 다당류로서, 일반적으로 다시마, 미역, 톳 등과 같은 갈조류에 다량 존재한다. 이러한 후코이단은 혈행 개선, 항암 등 생리적 활성이 우수할 뿐만 아니라 미백, 보습, 주름개선 등의 효과가 있는 것으로 알려져 화장품 원료로서도 각광받고 있다.
또한, 후코이단은 L-푸코오스를 주성분으로 하고 다수의 황산기를 함유하는 다당류로서 다시마, 미역, 톳 등의 갈조류에 다량 함유되어 있다. 후코이단의 화학적 구조, 생리활성, 분자량 등은 갈조류의 종류, 수확장소, 수확시기 등에 따라 달라진다.
후코이단은 면역 활성 증진, 항 혈액응고 효과, 항산화 효과, 항암효과, 항균효과 등의 다양한 생리활성을 나타내며, 이러한 효과를 바탕으로 의약품, 화장품, 식품 산업 등에 적용하고자 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.
이러한 해조류 중에 포함된 여러 가지 유용한 성분 추출을 위하여 다양한 추출방법이 시도되고 있으나, 대부분 물리적 조작이나 산 분해를 통해 추출하기 때문에 환경오염문제를 유발하고 작업자의 건강을 위협할 뿐 아니라 추출 공정에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.
KR 10-2017-0043993 B1 KR 10-2017-0044828 A
본 발명의 목적은 해조류에서 추출된 후코이단의 함유량을 높일 수 있는 후코이단 추출방법을 통해, 추출 조건을 최적화하고, 후코이단의 추출 비용 및 시간을 절감하여 대량 추출이 가능한 후코이단 추출방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초기 전분분해효소의 활성을 조절함으로써 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법은 1) 해조류를 건조 및 탈염시키는 전처리 단계; 2) 상기 1) 단계의 전처리된 해조류를 칼슘염 수용액과 혼합하는 혼합단계; 3) 상기 2) 단계의 교반된 혼합물을 원심분리시켜 감압 여과하는 제1 정제 단계; 4) 상기 3) 단계의 여과된 혼합물을 알코올 용액에 침전시키는 단계; 5) 상기 4) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 수득하는 제2 정제 단계; 6) 상기 5) 단계의 상등액을 알코올 용액에 침전시키는 단계; 7) 상기 6) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 제거하는 제3 정제 단계; 및 8) 상기 7) 단계의 상등액이 제거되고 남은 침전물을 건조시켜 후코이단(Fucoidan)을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 칼슘염 수용액은 염화칼슘(CaCl2) 수용액, 탄산칼슘(CaCO3) 수용액, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 해조류는 미역귀, 톳, 모자반, 다시마, 꼬시래기, 뜸부기 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 후코이단(Fucoidan)은 600 내지 900KDa의 분자량을 나타내는 것이다.
상기 후코이단(Fucoidan)은 전분분해효소 저해능을 통해, 혈당 조절 효과를 나타내는 것으로, 상기 전분분해효소는 알파-글루코시다제(α-glucosidase)를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 당뇨병 예방 및 개선용 식품 조성물은 상기 방법에 따라 추출된 후코이단을 포함하여 제조되는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 당뇨병 예방 및 치료용 약학 조성물은 상기 방법에 따라 추출된 후코이단을 포함하여 제조되는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법은 1) 해조류를 건조 및 탈염시키는 전처리 단계; 2) 상기 1) 단계의 전처리된 해조류를 칼슘염 수용액과 혼합하는 혼합단계; 3) 상기 2) 단계의 교반된 혼합물을 원심분리시켜 감압 여과하는 제1 정제 단계; 4) 상기 3) 단계의 여과된 혼합물을 알코올 용액에 침전시키는 단계; 5) 상기 4) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 수득하는 제2 정제 단계; 6) 상기 5) 단계의 상등액을 알코올 용액에 침전시키는 단계; 7) 상기 6) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 제거하는 제3 정제 단계; 및 8) 상기 7) 단계의 상등액이 제거되고 남은 침전물을 건조시켜 후코이단(Fucoidan)을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 후코이단(Fucoidan)은 황산기가 부착된 다당류(평균 분자량 20,000)로써 항암, 항고혈압, 항염증 등에 효능이 있고, 해조류에 존재하는 것이 특징이다.
본 발명의 1) 단계는 해조류를 건조 및 탈염시키는 전처리 단계로, 해조류에 포함된 후코이단(Fucoidan)을 고순도로 추출하기 위해 해조류로부터 수분 및 염류를 제거하는 단계이다.
상기 해조류의 수분은 자연 건조를 통해 제거되며, 상기 자연 건조는 해조류를 태양열과 자연풍을 이용하여 건조시키는 것으로, 구름양이 적은 맑은 날씨의 경우 1 내지 2일 정도 건조시키는 것이 바람직하다.
상기 해조류의 염류는 자연 건조된 해조류를 연속적으로 흐르는 담수 내에서 염류를 용출시킨 후 탈염을 통해 제거되며, 상기 탈염은 담수를 사용하여 건조된 해조류가 충분히 잠길 수 있도록 넣고, 담수의 연속적인 교환을 실시하여 해조류 표면의 이물질 및 해조류 내의 염류를 용출시킨 후 수분을 충분히 제거하기 위함이다.
상기 1) 단계에서 전처리된 해조류는 후코이단 성분뿐만아니라, 알긴산(alginic acid), 라미나린(laminarin) 등의 다당류, 비소 등의 중금속 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 2) 단계는 상기 1) 단계의 전처리된 해조류를 칼슘염 수용액과 혼합하는 혼합단계로, 상기 전처리된 해조류에 포함된 알긴산(alginic acid)을 제거하기 위해 칼슘염 수용액과 혼합하는 단계이다.
상기 2) 단계의 칼슘액 수용액은 전처리된 해조류 내의 알긴산을 알긴산염으로 응집시킬 수 있으며, 알긴산염 응집 작용은 교반을 통해 이루어지는 것이다.
본 발명의 3) 단계는 상기 2) 단계의 교반된 혼합물을 원심분리시켜 감압 여과하는 제1 정제 단계로, 상기 2) 단계로 인해 응집된 알긴산염을 원심분리를 통해 분리하고 감압 여과를 통해 정제되는 것이다.
상기 감압 여과를 통해 여과된 혼합물은 알긴산(alginic acid)이 제거되는 것이다.
상기 원심분리는 6000 rpm 내지 7000 rpm 속도로, 10 내지 30 분에서 이루어지는 것이 바람직하며, 감압 여과는 20 내지 25 ㎛의 NO. 4 여과지를 사용할 수 있다.
또한, 상기 알긴산을 제거하는 방법은 원심분리 및 감압 여과를 통해 알긴산염을 수거하는 것이 바람직하나, 침전된 알긴산염의 수거방법은 특별히 제한적인 것은 아니다.
본 발명의 4) 단계는 상기 3) 단계의 여과된 혼합물을 알코올 용액에 침전시키는 단계로, 상기 3) 단계를 통해 알긴산(alginic acid)이 여과된 혼합물에 존재하는 라미나린(laminarin)을 침전시키는 단계이다.
상기 라미나린(laminarin)은 갈조류의 세포벽 속에 들어 있는 탄수화물로, 고등 식물의 녹말에 해당하는 저장성 다당류이며, 주로 다시마류에서 발견된다.
상기 4) 단계의 알코올 용액은 순수한 에탄올 용액이 아닌, 30% 내지 50% 희석 범위에서 희석된 에탄올 용액으로, 바람직하게는 40%로 희석된 에탄올 용액을 사용하는 것이다.
상기 4) 단계는 3 내지 6시간 동안 침전시키는 단계로, 3 내지 6℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 5) 단계는 상기 4) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 수득하는 제2 정제단계로, 상기 4) 단계로 인해 침전된 라미나린(laminarin)을 원심분리를 통해 분리하고, 상등액 수거를 통해 정제되는 것이다.
상기 상등액은 라미나린(laminarin)이 제거된 고순도의 후코이단(Fucoidan)을 포함하는 것이다.
상기 원심분리는 6000 rpm 내지 7000 rpm 속도로, 10 내지 30 분에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 제1 내지 제3 정제 단계는 해조류로부터 다른 이물질을 제거하는 단계로서, 후코이단(Fucoidan)을 제외한 알긴산(alginic acid), 라미나린(laminarin) 등의 다당류, 비소 등의 중금속 성분을 제거하여, 후코이단의 순도를 더욱 높일 수 있는 것이다.
본 발명의 6) 단계는 상기 5) 단계의 상등액을 알코올 용액에 침전시키는 단계로, 상기 5) 단계의 상등액에 포함되어 있는 고순도의 후코이단(Fucoidan)을 침전시키는 단계이다.
상기 6) 단계는 3 내지 6시간 동안 침전시키는 단계로, 3 내지 6℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 6) 단계의 알코올 용액은 순수한 에탄올 용액이 아닌, 60% 내지 80% 희석 범위에서 희석된 에탄올 용액으로, 바람직하게는 70%로 희석된 에탄올 용액을 사용하는 것이다.
본 발명의 7) 단계는 상기 6) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 제거하는 제3 정제단계로, 상기 6) 단계로 인해 침전된 후코이단(Fucoidan)을 원심분리를 통해 분리하고, 상등액을 제거하여 고순도의 후코이단을 얻기 위함이다.
상기 원심분리는 6000 rpm 내지 7000 rpm 속도로, 10 내지 30 분에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 8) 단계는 상기 7) 단계의 상등액이 제거되고 남은 침전물을 건조시켜 후코이단(Fucoidan)을 획득하는 단계로, 알긴산(alginic acid), 라미나린(laminarin) 등의 다당류, 비소 등의 중금속 성분이 제거되고 남은 침전물로부터 고순도의 후코이단(Fucoidan)을 획득하는 단계이다.
상기 칼슘염 수용액은 염화칼슘(CaCl2) 수용액, 탄산칼슘(CaCO3) 수용액, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 칼슘염 수용액은 첨가하는 않는 경우, 알긴산(alginic acid)이 충분히 제거되지 않아, 후코이단(Fucoidan) 추출 시 알긴산이 잔류되는 문제점이 있다.
바람직하게는 상기 칼슘염 수용액은 염화칼슘(CaCl2) 수용액을 사용하는 것이다.
더 바람직하게 상기 칼슘염 수용액은 중금속 흡착 조성물을 더 포함할 수 있다.
상기 중금속 흡착 조성물은 타임(Thymus vulgaris) 추출물, 캐롭(Ceratonia siliqua (L.) Taub.) 추출물 및 도랭이 사초(Carex nubigena var. albata) 추출물을 포함하는 것으로, 항균 작용을 나타낼 수 있어, 해조류에 포함되어 있는 유해균 및 비소 등의 중금속 성분을 제거할 수 있다.
상기 타임 및 캐롭 등의 허브식물은 꽃과 종자, 줄기, 잎, 뿌리 등이 인간에게 유용하게 사용되는 초본식물로 예로부터 진통, 진정 등의 치료나 방부 및 살충을 위한 약초로서 중요한 역할을 해왔으며 오늘날에는 인체에 대한 화학물질의 독성, 환경 오염에 대한 우려 및 그 뛰어난 효능으로 인하여 더더욱 많은 주목을 받고 있는 천연소재이다.
상기 타임(Thymus vulgaris)은 꿀풀과에 속하는 방향성 식물로 회색빛을 띤 녹색의 작은 잎을 갖고 있으며, 주 품종으로 두가지를 꼽을 수 있는데 하나는 세르폴레(serpolet)라는 이름으로도 불리는 남프랑스 품종(meridionale, 야생 타임)이고 다른 하나는 겨울 타임(thym dhiver), 독일 타임(thym allemand), 또는 파리굴(farigoule)이라고도 불리는 품종(Thymus vulgaris)으로 더 키가 크고 잎이 더 넓으며 쌉싸름한 맛이 더 강하다. 레몬 타임(thym citron, T. citriodorus) 또한 다양한 요리에 산뜻한 향을 내는 용도로 많이 쓰인다. 타임은 향이 매우 좋고 살균 효능을 가진 에센셜 오일 티몰(thymol)을 함유하고 있다. 요리의 기본 향신허브 중 하나인 타임은 생으로 혹인 말려서 단독으로 사용하거나 부케가르니를 만드는 데 넣는다.
상기 캐롭{Ceratonia siliqua (L.) Taub.}은 높이가 10m 정도 자라는 상록 활엽 관목(灌木)으로, 가뭄에 잘 견딘다. 잎에 수지를 함유하고 있다. 가을에 작고 우중충한 녹갈색의 꽃이 피며, 녹색의 긴 꼬투리가 달린다. 이 꼬투리는 익으면 초콜릿색으로 변하고, 속에는 작고 광택이 나는 딱딱한 콩이 들어 있다. 피부를 부드럽게 하는 캐롭 검(Carob gum)은 피부 팩으로 인기가 있으며, 설사 치료에 쓰이기도 한다.
상기 도랭이 사초(Carex nubigena var. albata)는 외떡잎식물 벼목 사초과의 여러해살이풀로, 산과 들에서 자란다. 뿌리줄기는 짧고, 줄기는 가늘고 길며 세모지고 뭉쳐나며 곧게선다. 높이는 30cm 정도이다. 잎은 뭉쳐나고 줄 모양이며 끝이 뾰족하다. 잎은줄기보다 짧거나 길며 나비 3mm 정도이다. 꽃은 4∼6월에 핀다. 꽃이삭은 줄기 끝에 곧게 서고 원기둥 모양이며 길이 25∼40mm 정도이다. 밑동에 짧은 줄 모양의 포가 있고 작은이삭은 양성으로 길이가 5mm 정도이다. 암꽃영은 달걀 모양으로 끝이 뾰족하고 다갈색이다. 과낭은 달걀 모양바소꼴로 길이 4∼5mm이고 영보다 길며, 암술대는 2개이다. 전라북도, 경기도, 평안남도, 평안북도, 함경남도, 함경북도 등지에 분포한다.
상기 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 추출 용매를 이용하여 추출되는 것이다.
구체적으로, 추출물을 제조하기 위해서는 천연물을 세척하는 단계; 세척 후 건조시키는 단계; 건조 후 천연물을 분쇄하는 단계; 유기 용매를 사용하여 상기 분쇄물을 침출시키는 단계; 시료를 침출 후 건조시키는 단계; 물을 이용하여 침출시키는 단계; 및 침출하는 단계를 포함하여, 잣나무 송이 추출물을 획득할 수 있다.
상기 유기 용매를 사용하여 추출한 천연 추출물은 유기 용매를 사용하여 분획을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추출물을 제조하는 방법은 초음파 추출법, 침출법 및 환류 추출법 등 당업계의 통상적인 추출 방법일 수 있다. 구체적으로 세척 및 건조로 이물질이 제거된 천연물을 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 이들의 혼합 용매로 추출한 추출물일 수 있으며, 상기 용매들을 순차적으로 시료에 적용하여 추출한 추출물일 수 있다.
상기 환류 추출법은 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100 mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 30g, 환류 시간 1 내지 3시간 및 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 물에 의한 것이다.
보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100 mL 또는 물 100mL 기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 20g, 환류 시간 1 내지 2시간 및 탄소수 1 내지 4의 알코올 또는 물에 의한 것이다.
상기 침출법은 15 내지 30℃, 24 내지 72시간 동안 진행하며, 추출 용매로 물 또는 탄소수 1 내지 6의 알코올을 이용한다. 보다 구체적으로는 20 내지 25℃, 30 내지 54시간 동안 진행하며, 추출 용매는 물 또는 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 초음파 추출법은 30 내지 50℃, 0.5 내지 2.5시간 동안 반응을 진행하며, 추출용매는 물 또는 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 구체적으로는 40 내지 50℃, 1 내지 2.5시간 동안 추출하며, 추출용매로 물 또는 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 추출 용매는 시료의 중량 기준으로 2 내지 50배를 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 2 내지 20배이다. 추출을 위해 시료는 추출 용매에서 침출을 위해 1 내지 72시간 동안 방치될 수 있으며, 보다 구체적으로 24 내지 48시간 동안 방치될 수 있다.
추출 후, 추출물은 새로운 분획 용매를 순차적으로 적용하여 분획할 수 있다. 분획시 사용하는 분획 용매는 상기 용매는 물, 헥산, 부탄올, 에틸아세트산, 에틸 아세테이트, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 에틸아세테이트 또는 메틸렌클로라이드이다.
추출물 또는 분획물을 얻은 후에는 농축 또는 동결건조 등의 방법을 추가적으로 사용할 수 있다.
바람직하게 상기 중금속 흡착 조성물은 타임 추출물 100 중량부에 대하여, 캐롭 추출물 100 중량부 및 도랭이 사초 추출물 40 내지 60 중량부를 포함하는 것이다.
상기 범위에 의하는 경우, 우수한 항균 작용으로 중금속 흡착 효과를 높이는 동시에, 후코이단을 제외한 각종 유해균을 제거할 수 있어 고순도의 후코이단 추출이 가능하다.
바람직하게 상기 중금속 흡착 조성물은 본 발명의 2) 단계의 칼슘염 수용액에 포함되는 것으로, 상기 2) 단계에서 칼슘염 수용액 100 중량부에 대하여, 중금속 흡착 조성물 10 내지 30 중량부로 혼합되어 교반되는 것이다.
상기 타임 추출물, 캐롭 추출물 및 도랭이사초 추출물을 포함하는 중금속 흡착 조성물을 더 혼합하여 교반하는 경우, 칼슘염 수용액에 의해 완전히 제거되지 않은 잔류 알긴산 및 비소 등의 중금속을 흡착 제거할 수 있으며, 상기 범위에 의하는 경우, 우수한 알긴산 제거 효과와 알긴산을 제외한 다른 당류 등의 농도를 낮춰 후코이단의 순도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 범위를 초과하여 첨가하는 경우에 잔류 알긴산 및 비소 등의 중금속을 흡착 제거하는데 필요 이상으로 투입되어 고순도의 후코이단을 추출하는데 문제점이 있다.
상기 해조류는 미역귀, 톳, 모자반, 다시마, 꼬시래기, 뜸부기 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 해조류는 갈조류의 일종으로, 미역귀, 톳, 모자반, 다시마, 꼬시래기, 듬부기 등을 포함하며, 이에 제한되지 않고, 후코이단 성분을 포함하는 것이라면 모두 포함될 수 있다. 바람직하게는 톳 또는 뜸부기를 사용하는 것이 좋다.
상기 미역귀는 미역의 씨앗을 방출하는 포자엽(뿌리)로서, 과거 식감이 떨어지고 판로가 없어 유통되지 않았으나, 미역귀는 100g당 후코이단 함량이 12.8g으로 미역잎의 7배에 달한다.
상기 톳(Sargassum fusiforme)은 바닷말의 일종으로, 청 정해 완도및 서남해(남해안일대)에서 자연산과 양식으로 생산되는 갈조식물이다. 톳은 갈색말 무리에 속한다. 칼슘, 요오드, 철, 마그네슘 등이 매우 풍부하다.
상기 모자반(Sargassum)은 모자반속(Sargassum) 조류의 총칭으로, 특정 종 Sargassum fulvellum 또는 대형 갈조류를 통칭하는 말로도 쓰인다. 몸은 외견상 뿌리·줄기·잎의 구분이 뚜렷하고, 뿌리는 가반상(假盤狀)이며 1개의 중심 가지를 내어 1-3m 이상 크게 자란다. 줄기는 삼릉주 또는 삼각형이고 비틀린다. 잎은 줄기에서 기부 쪽으로 향하여 나며 휘어지고, 주걱 모양 또는 타원형을 하고 잎 중앙부까지 중륵이 생긴다. 상부의 잎은 피침형이고 가장자리에 톱니 모양의 돌기가 나며, 온몸에는 줄기부터 기포가 생긴다. 짙은 황갈색을 하고 한국의 전 해안에서 볼 수 있다. 식용으로 이용되는 모자반류의 대표적인 종류로, 흔히 시장에서 팔고 있다. 모자반속은 난해성 식물로서 여러해살이며 한국의 연안에서 해중림을 이루는 대표적인 종류이다.
모자반은 지충이, 괭생이모자반, 알쏭이모자반, 꽈배기모자반, 큰잎모자반, 짝잎모자반, 쌍발이모자만 등 약 20종이 채집되며, 일본이나 동남아시아 일대에는 50여 종이 생육하고 있다. 모자반속이 무성한 곳은 각종 연안동물들이 먹이를 얻거나 산란하기에 적합하여, 환경보존과 어업자원 확보를 위해서도 매우 중요한 구실을 한다. 한국에서도 모자반속의 많은 종류가 식용되기도 하며, 알긴산 등 해조 공업의 원료로 이용되거나 비료로도 쓰인다.
상기 다시마(Saccharina japonica)는 갈조류에 속하는 해양식물로써, 한국, 중국 및 일본에서는 식품 소재로 이용되고 있다. 다시마는 자연환경에서는 물론이고 바다에서 양식을 통하여 육성될 수 있는데, 탄수화물, 다당류, 카로틴류, 엽록소를 포함한 여러 색소 외에 알긴산, 요오드, 비타민 B2, 후코이단 등이 들어있다.
상기 꼬시래기(Gracilaria verrucose)는 홍조식물 꼬시래기과의 해조로, 몸은 깃꼴로 나누어지고 빛깔은 검은 자주빛 또는 어두운 갈색이다. 우무를 만들 때 우뭇가사리와 섞어 쓴다. 장흥·완도·해남·진도에서는 꼬시락이라 하며, 부산근처에서는 망둑어를 꼬시래기라고 부르기도 한다.
상기 뜸부기(Pelvetia siliquosa)는 갈조식물 뜸부기과의 바닷말로, 남해안과 서해안에서 자란다. 한국산 뜸부기는 일본에서 나는 ‘Pelvetia wrightii’와 같은 종으로 알려졌으나 중국의 해조학자가 서해 연안에서 나는 종류가 일본산과는 달리 몸이 작고 직립하는 특징을 지닌다 하여 ‘P. siliquosa’라는 새로운 이름을 붙였다(1953년). 뜸부기는 흔히 식용되며 알긴산 원료로도 이용된다.
상기 후코이단(Fucoidan)은 600 내지 900KDa의 분자량을 나타내는 것이다.
해조류에 포함되어 있는 후코이단의 분자량은 평균 MW 20KDa이며 후코스(Fucose)라는 기본당과 황산기가 결합되어 있다. 황산화 후코이단에서 생기는 F-후코이단과 20% 정도의 글루쿠론산를 포함한 U-후코이단 두 종류가 있다.
특히 후코이단은 높은 비율로 황산기를 포함하는 다당류(sulfated polysaccharide) 로서 다시마 등의 갈조류 및 해삼, 성게와 같은 몇몇 해양 무척추동물로부터 유래되는 일반적으로 300 kDa을 초과하는 분자량을 갖는 거대분자이다. 이러한 후코이단은 항염, 항암, 면역조절, 항응고, 항혈전, 항산화 등의 다양한 생물학적 활성을 가지는 것으로 보고되어 있으나, 우리 몸은 자체적으로 후코이단을 분해하여 저분자화하지 못하므로 고분자 상태의 후코이단을 그대로 섭취할 경우에는 다량 섭취한다 할지라도 대부분은 체내로 흡수되지 못한 채 배설된다.
상기한 바와 같이 다양한 생물학적 활성을 나타내는 후코이단의 수많은 장점에도 불구하고 갈조류 등으로부터 추출한 후코이단의 분자량이 20KDa 일뿐만 아니라 알긴산을 포함한 다당류들을 포함하고 있어 1,000KDa이상의 고분자 물질이기 때문에 섭취하였을 경우 흡수율이 매우 떨어진다는 단점이 있어 후코이단의 흡수를 위해서는 저분자화된 제품을 섭취하는 것이 바람직하므로, 후코이단의 저분자화 제조 방법 개발이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명의 방법에 따라 추출된 후코이단(Fucoidan)은 600 내지 900KDa의 분자량을 나타내는 것으로, 섭취 시 체내 흡수율을 높일 수 있는 것이다.
상기 후코이단(Fucoidan)은 전분분해효소 저해능을 통해, 혈당 조절 효과를 나타내는 것으로, 상기 전분분해효소는 알파-글루코시다제(α-glucosidase)를 포함하는 것이다.
상기 알파-글루코시데이스(α-glucosidase)는 탄수화물을 가수분해하여 알파-글루코오스를 생성하는 분해효소로서, 유기체에 필수적인 에너지 공급을 위한 당을 제공한다.
인간에서는 알파-글루코시데이스가 탄수화물 분해의 마지막 단계에서 작용하기 때문에, 알파-글루코시데이스 매개 혈당의 생성은 건강한 상태를 유지하기 위해 체내에 에너지를 공급한다. 알파-글루코시데이스의 농도가 낮을 경우 폼페병(Pompe's disease) 및 리소좀의 알파-글루코시데이스 결핍에 의해 야기되는 글리코겐 저장 장애와 같은 심각한 병리학적 변화가 나타나며, 이와 대조적으로, 상기 효소의 활성이 높은 경우에는 혈당 수치가 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 추출된 후코이단(Fucoidan)은 알파-글루코시다제(α-glucosidase)의 전분분해효소 저해능을 통해, 혈당 조절 효과를 나타낼 수 있는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 당뇨병 예방 및 개선용 식품 조성물은 상기 방법에 따라 추출된 후코이단(Fucoidan)을 포함하여 제조되는 것이다.
상기 “식품”이란, 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미하며, 통상적인 의미로서, 식품, 식품첨가제, 기능성식품 및 음료를 모두 포함하는 것을 말한다.
상기 식품용 조성물을 첨가할 수 있는 식품으로는 예를 들어, 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합체, 기능성 식품 등이 있다. 추가로, 특수영양식품(예, 조제유류, 영, 유아식 등), 식육가공품, 어육제품, 두부류, 묵류, 면류(예, 라면류, 국수류 등), 빵류, 건강보조식품, 조미식품(예, 간장, 된장, 고추장, 혼합장 등), 소스류, 과자류(예, 스낵류), 캔디류, 쵸코렛류, 껌류, 아이스크림류, 유가공품(예, 발효유, 치즈 등), 기타 가공식품, 김치, 절임식품(각종 김치류, 장아찌 등), 음료(예, 과실음료, 채소류 음료, 두유류, 발효음료류 등), 천연 조미료(예, 라면스프 등)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 식품, 음료 또는 식품첨가제는 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 “기능성 식품”또는 “건강기능성 식품”이란 식품에 물리적, 생화학적, 생물 공학적 수법 등을 이용하여 해당 식품의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 식품군이나 식품 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체내조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 식품을 의미하며, 구체적으로는 건강 기능성 식품일 수 있다. 상기 기능성 식품에는 식품학적으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제를 포함할 수 있으며, 기능성 식품의 제조에 통상적으로 사용되는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더욱 포함할 수 있다.
상기 건강보조식품의 종류로는 이에 제한되지는 않으나, 분말, 과립, 정제, 캡슐 또는 음료 형태 일 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 당뇨병 예방 및 치료용 약학 조성물은 상기 방법에 따라 추출된 후코이단을 포함하여 제조되는 것이다.
본 발명에 따라 추출된 후코이단(Fucoidan)은 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 당뇨병 예방 및 치료용 약학 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유 등을 포함한 다양한 화합물 혹은 혼합물을 들 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다.
경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 성분에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈 (tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 조성물은 1일 0.0001 내지 100 mg/kg으로, 바람직하게는 0.001 내지 100 mg/kg으로 투여하는 것이 좋다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로 든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법에 의하면 해조류에서 추출된 후코이단의 함유량을 높일 수 있는 추출방법을 통해, 추출 조건을 최적화하고, 후코이단의 추출 비용 및 시간을 절감하여 대량 추출이 가능한 동시에, 초기 전분분해효소의 활성을 조절함으로써 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법을 단계별로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후코이단 처리에 따른 알파-글루코시다아제 효소활성 저해율을 분석하여 나타낸 결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추출물의 수율 및 추출물 100g 생산에 필요한 소모성 물품 비용을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출물의 분자량 분포도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출물의 알파-글루코시다아제 저해능을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예1: 중금속 흡착 조성물의 제조]
1. 허브 추출물의 제조
타임을 흐르는 물에 깨끗이 세척한 다음 완전히 자연 건조시켰다. 건조된 타임을 믹서기로 분쇄한 다음 분말로 제조하였다. 분말 시료를 추출 용매인 50%로 희석된 에탄올을 1;10(w;v)의 비율로 가한 다음 완전히 침지 시킨 후, 80℃에서 환류시키면서 3시간씩 3회 반복 추출하였다. 추출액은 Whatman No. 2 여과지로 여과하였다. 여과액은 60℃에서 감압 농축하여 타임 추출물(TH)을 제조하였다.
상기 타임 추출물(TH)의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여, 캐롭 추출물(KH)를 제조하였다.
2. 도랭이 사초 추출물의 제조
도랭이 사초를 세척하고, 건조한 뒤 이를 분쇄하였다. 상기 분쇄물을 60%으로 희석된 에탄올에 혼합하고, 이를 2시간 동안 추출하여, 이를 냉각시킨 뒤 와트만 여과지로 여과한 후, 그 여액을 수득하여 도랭이 사초 추출물(CE)을 제조하였다.
3. 중금속 흡착 조성물의 제조
상기 타임 추출물(TH), 캐롭 추출물(TK) 및 도랭이 사초 추출물(CE)을 하기 표 1과 같이 혼합하여 본 발명의 중금속 흡착 조성물로 제조하였다.
BSC1 BSC2 BSC3 BSC4 BSC5 BSC6
TE 100 100 100 100 100 100
KE 100 100 100 100 100 100
CE - 30 40 50 60 70
(단위: 중량부)
[제조예2: 후코이단의 추출]
본 발명의 혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법에 따른 효과를 확인하기 위하여 하기의 표 2과 같은 방법으로 각 단계를 구성하여 해조류로부터 후코이단(Fucoidan)을 추출하였다.
하기 FUCO4 내지 FUCO9는 본 발명의 S2 단계에서 칼슘염 수용액(CaCl2) 100 중량부에 대하여, 제조예 1에서 제조된 중금속 흡착 조성물 BSC1 내지 BSC6을 각각 20 중량부씩 더 첨가하여 해조류로부터 후코이단(Fucoidan)을 추출한 것이다.
Fuco1 Fuco2 Fuco3 Fuco4 Fuco5 Fuco6 Fuco7 Fuco8 Fuco9
S1 O O O O O O O O O
S2 O O O O(+BSC1) O(+BSC2) O(+BSC3) O(+BSC4) O(+BSC5) O(+BSC6)
S3 O O O O O O O O O
S4 - O O O O O O O O
S5 - O O O O O O O O
S6 - - O O O O O O O
S7 - - O O O O O O O
S8 O O O O O O O O O
S1: 톳을 건조 및 탈염시키는 전처리 단계
S2: 상기 전처리된 해조류를 CaCl2과 85℃에서 4시간 동안 혼합하는 혼합단계
S3: 상기 교반된 혼합물을 6,500 rpm에서 20분 동안 원심분리시켜 NO 4 여과지에서 감압 여과하는 제1 정제 단계
S4: 상기 여과된 혼합물을 40%로 희석된 에탄올 용액에 4시간 동안 침전시키는 단계
S5: 상기 침전물을 6,500 rpm에서 20분 동안 원심분리시켜 상등액을 수득하는 제2 정제 단계;
S6: 상기 상등액을 70%로 희석된 에탄올 용액에 4시간 동안 침전시키는 단계
S7: 상기 침전물을 6,500 rpm에서 20분 동안 원심분리시켜 상등액을 제거하는 제3 정제 단계
S8: 최종 생성물을 24시간 동안 열풍 건조시켜 후코이단을 획득하는 단계
[실험예1: 본 발명에 따라 추출된 후코이단의 함량 분석]
상기 제조예 2에서 획득된 후코이단(FUCO1 내지 FUCO9)의 함량을 분석하기 위해 하기와 같은 실험을 진행하였다.
제조예 2에서 획득된 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9를 0.3 mg/mL로 희석한 용액 50 μL와 황산(18 M) 200 μL를 96 well 플레이트에 각각 넣고, 잘 교반한 후 80℃에서 30분 동안 가열하였다. 방냉 후 3%(w/v)의 L-cysteine hydrochloride 8 μL를 플레이트에 추가로 넣고 4℃에서 1시간 동안 보관하였다.
후코이단의 함량 특정은 HPAEC(High Performance Anion Electric Chtomatography)로 진행하였으며, 검출기는 PAD(Pulsed Amperometry Detector)로 분석하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Fuco1 Fuco2 Fuco3 Fuco4 Fuco5 Fuco6 Fuco7 Fuco8 Fuco9
Fucoidan 함량 52% 62% 80% 83% 85% 93% 95% 96% 88%
(단위: %)
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 정제 단계만 포함하여 추출된 후코이단 FUCO1에 비해, 제2 정제 단계를 더 포함하여 추출된 후코이단 FUCO2와 제2 정제 단계 및 제3 정제 단계를 더 포함하는 후코이단 FUCO3에서 우수한 후코이단 함량을 나타내었다.
특히, 상기 S2 단계에서 본 발명의 중금속 흡착 조성물(BSC1 내지 BSC6)을 포함하여 후코이단을 추출하는 경우, 알긴산(alginic acid), 라미나린(laminarin) 등의 다당류, 비소 등의 중금속 성분이 제거되어 더욱 우수한 후코이단 함량을 나타내었다.
[실험예2: 본 발명에 따라 추출된 후코이단의 혈당 조절 효과]
상기 제조예 2에서 획득된 후코이단(FUCO1 내지 FUCO9)의 혈당 조절 효과를 확인하기 위해, 상기 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9 처리에 따른 알파-글루코시다아제의 저해활성을 확인하였다.
상기 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9의 알파-글루코시다아제에 대한 저해활성은 ρ-니트로페닐-알파-D-글루코피라노사이드(ρ-nitrophenyl-α-Dglucopyranoside)를 기질로 하여 측정하였다.
0.1 M 인산완충용액(pH 6.8) 40 μL에 상기 후코이단(FUCO1 내지 FUCO9) 10 μL 첨가한 후 희석한 효소용액 25 μL를 첨가하였다. ρ-니트로페닐-알파-D-글루코피라노사이드(ρ-nitrophenyl-α-Dglucopyranoside) 25 μL 첨가한 후 37 ℃에서 30분간 반응시키고 0.2 M 탄산나트륨 용액(sodium carbonate solution) 100 μL를 첨가한 후 반응을 종결시켜 유리된 ρ-니트로페놀(ρ-nitrophenol)의 생성량을 405nm에서 측정하였다.
반응액에 본 발명의 후코이단(FUCO1 내지 FUCO9) 대신 동량의 상기 인산완충액을 넣어 얻은 값과의 차이로부터 효소활성 저해율을 측정하였으며, 상기 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9 처리에 따른 알파-글루코시다아제의 효소활성 저해율은 도 2에 나타내었다.
하기 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9은 농도의존적으로 알파-글루코시다아제효소의 효소활성을 저해함을 알 수 있었으며, 본 발명의 제1 정제 단계만 포함하여 추출된 후코이단 FUCO1에 비해, 제2 정제 단계를 더 포함하여 추출된 후코이단 FUCO2와 제2 정제 단계 및 제3 정제 단계를 더 포함하는 후코이단 FUCO3에서 우수한 알파-글루코시다아제효소 저해능을 나타내었다.
또한, 본 발명의 S2 단계에서 본 발명의 중금속 흡착 조성물(BSC1 내지 BSC6)을 포함하여 후코이단을 추출하는 경우, 알긴산(alginic acid), 라미나린(laminarin) 등의 다당류, 비소 등의 중금속 성분이 제거되어 더욱 우수한 후코이단 함량을 나타냄에 따라, 알파-글루코시다아제효소 저해능 또한 상승하는 것으로 확인하였다.
[실험예3: 해조류로부터 후코이단을 추출하는 공정에 따른 비교]
1. 경제성 비교
본 발명의 추출 방법, 열수 추출법, 산처리 추출법 및 냉수 추출법에 따른 추출물의 수율과 추출물 100g 생산에 필요한 소모성 물품인 시약 등의 가격($1=1,000원으로 계산)을 평가하였다.
상기 해조류는 미역귀, 톳, 모자반, 다시마, 꼬시래기 및 뜸부기를 대상으로 실시하였으며, 각 추출공정마다 3회씩 추출을 진행하였다, 그 값은 평균±표준편차로 나타내었으며, 그 결과를 하기 도 3에 나타내었다.
하기 도 3에 도시된 바와 같이, 추출물의 수율은 공정마다 큰 차이를 나타내었으며, 본 발명의 추출 방법, 열수 추출법, 산처리 추출법 및 냉수 추출법의 순으로 수율이 우수함으로 확인하였다(도 3a).
또한, 해조류 추출물 100g을 얻기 위해 소요되는 소모성 물품(시약 등)의 가격을 공정별로 계산한 결과, 개발법은 $272이 필요하며, 이는 시판용 제품의 생산비용의 약 70% 수준이었다. 특히, 냉수 추출법과 비교 시 1/7의 비용으로 소요되어 경제성을 확인하였다(도 3b).
2. 전분분해효소 저해능 비교
상기 각 추출 방법에 따라 추출된 해조류 추출물의 혈당 조절 기능성을 확인하기 위하여 전분분해에 관여하는 알파-아밀레이스(α-amylase) 저해능과 포도당 생성에 관여하는 알파-글루코시다제(α-glucosidase)의 활성을 평가하여 하기 도 5에 나타내었다.
하기 도 5a에 도시된 바와 같이, 알파-아밀레이스(α-amylase) 저해능은 관찰되지 않았으나, 도 5b에 도시된 바와 같이, 추출 방법에 따라 추출물들의 알파-글루코시다제(α-glucosidase) 저해능은 크게 차이가 나타나는 것을 확인하였다.
또한, 제조 공정별 추출물들의 α-glucosidase의 IC-50값은 본 발명의 추출방법은 0.031mg/mL, 냉수 추출법은 0.080 mg/mL, 열수추출법은 0.125 mg/mL, 시판용은 0.162 mg/mL, 항당뇨 의약품 주성분인 acarbose는 0.146 mg/mL로 측정되어, α-glucosidase 저해능은 본 발명의 추출 방법으로 추출된 해조류 추출물이 가장 우수한 것으로 확인하였다.
3. 이화학적 특성 비교
상기 각 추출방법의 이화학적 특성을 비교평가하기 위하여, 본 발명의 추출방법, 열수 추출법, 산처리 추출법 및 냉수 추출법에 따른 탄수화물(carbohydrate), 당(Protein), 우론산(uronic acid), 황산염(sulfate) 함량 및 분자량을 확인하였다.
그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Chemical composition (%) Mw (kDa)
Carbohydrate Protein Uronic acid Sulfate
열수 추출 38.9±0.4 5.3±0.0 2.9±0.2 48.0±0.5 2736.7±78.3
산처리 추출 17.3±0.4 6.7±0.3 2.3±0.2 53.2±0.6 77.9±11.1
냉수 추출 36.0±0.8 2.3±0.1 8.7±0.8 34.4±0.5 352.1±38.8
본 발명에 따른 추출 24.8±0.7 2.3±0.0 28.3±0.8 18.8±0.5 887.3±6.6
시판용 35.2±0.2 3.1±0.0 12.7±0.3 37.3±0.2 2292.7±23.8
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 추출된 해조류 추출물은 887KDa의 분자량과 18.8%의 황함량을 나타내었으며, 다른 추출공정의 경우에는 황함량이 34% 이상으로 본 발명의 추출 방법보다 높았으나, 상기에서 확인한 바와 같이 알파-글루코시다제(α-glucosidase) 저해능이 우수하지 못하는 것을 확인하였다.
또한, 산 추출법의 경우 분자량이 77.9KDa로 가장 낮고, 황함량이 53.2%로 가장 높은데도 불구하고, 알파-글루코시다제(α-glucosidase) 저해능이 우수하지 못하는 것을 보아, 추출된 후코이단의 분자량은 추출법에 따라 차이가 나타나는 것을 알 수 있으며, 낮은 분자량과 높은 황함량은 전분분해효소 저해능을 갖도록 하는 주요 요인이 아님을 확인하였다.
4. 분자량 분포 비교
상기 각 추출 방법의 분자량 분포를 비교하기 위해, 본 발명의 추출방법, 열수 추출법, 산처리 추출법 및 냉수 추출법에 따른 해조류 추출물의 분자량 분포를 확인하였다,
상기 분자량 분포는 RI profile로 검토하여 그 결과를 하기 도 4에 나타내었다.
하기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추출 방법과, 열수 추출법, 시판용 추출물의 경우 분자량의 분포가 일정하여 유사한 분자량으로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다.
5. 추출물의 구성 단당류 분석
상기 각 추출 방법으로 추출된 해조류 추출물의 구성 단당류를 분석한 결과를 하기 표 5 및 6에 나타내었다.
단당류 함유량(%) 추출 방법
열수 추출법 산처리 추출법 냉수 추출법 본 발명의 추출방법 시판용
람노스
(Ramnose)		 - 3.6±0.1 - 2.0±0.1 -
푸코스(Fucose) 35.2±0.4 16.0±0.2 42.0±0.3 23.3±0.3 42.7±0.6
자일로스(Xylose) 0.8±0.1 1.1±0.1 - 1.0±0 -
만노스(Mannose) 4.7±0.2 4.7±0.2 7.0±0.2 20.2±0.4 5.0±0.2
글루코스(Glucose) 2.8±0.1 16.4±0.2 4.2±0.1 2.4±0.3 3.2±0.1
갈락토스(Galactose) 56.5±0.7 58.2±0.7 46.7±0.6 51.1±0.8 49.1±0.5
단당류 함유량 (mg/g) 추출 방법
열수 추출법 산처리 추출법 냉수 추출법 본 발명의 추출방법 시판용
람노스
(Ramnose)		 - 8.7±0.5 - 5.3±0.3 -
푸코스(Fucose) 116.6±3.0 39.3±1.9 181.3±8.9 59.3±2.9 187.3±4.9
자일로스(Xylose) 3.3±0.1 3.6±0 - 3.1±0 -
만노스(Mannose) 15.8±0.9 12.0±0.4 30.6±1.0 51.7±1.8 22.0±1.3
글루코스(Glucose) 7.0±0.2 30.1±1.7 13.5±0.8 4.5±0.3 10.4±0.4
갈락토스(Galactose) 171.9±1.3 131.0±4.1 184.8±5.8 119.3±3.8 197.8±1.6
total 314.5±3.5 224.8±6.8 410.2±14.5 243.2±4.8 417.5±5.6
상기 표 5 및 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 추출 방법에 따른 해조류 추출물은 다른 방법의 추출물과 비교하여, 만노스(mannose)의 비율이 상대적으로 높게(20.2%) 확인되었다.
상기 만노스는 당의 일종이나, 극소량만 대사에 사용되며, 대부분 체외로 배출되기 때문에 혈당에 영향을 주지 않아, 당뇨환자에게 안전한 성분이다.
[실험예4: 기호성 평가]
본 발명에 따라 추출된 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9에 대해 기호성 평가를 진행하였다. 후코이단 FUCO1 내지 FUCO9이 함유된 차(茶)로 제조한 이후, 성인남녀 20명에게 제공한 이후, 맛 및 향에 대한 평가를 요청하였다.
평가 점수는 각 항목 당 1 내지 10점으로 평가를 요청하였으며, 평가 결과는 평균 점수로 환산하여 나타내었다. 상기 지수는 그 숫자가 높을수록 기호도가 높은 것이다.
FUCO1 FUCO2 FUCO3 FUCO4 FUCO5 FUCO6 FUCO7 FUCO8 FUCO9
맛 1 2 3 5 5 7 7 7 7
향 2 2 4 5 6 6 7 8 5
종합기호도(평균) 1.5 2.0 3.5 5.0 5.5 6.5 7.0 7.5 6.0
(단위: 지수)
상기 표 7를 참조하면, 본 발명의 제1 정제 단계만 포함하여 추출된 후코이단 FUCO1에 비해, 제2 정제 단계를 더 포함하여 추출된 후코이단 FUCO2와 제2 정제 단계 및 제3 정제 단계를 더 포함하는 후코이단 FUCO3에서 우수한 기호도를 나타냄을 확인하었다.
또한, 본 발명의 S2 단계에서 본 발명의 중금속 흡착 조성물(BSC1 내지 BSC6)을 포함하여 후코이단을 추출하는 경우에 천연 추출물로 인해 떨어지는 기호도를 상승시키는 것으로 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1) 해조류를 건조 및 탈염시키는 전처리 단계;
2) 상기 1) 단계의 전처리된 해조류를 칼슘염 수용액과 혼합하는 혼합단계;
3) 상기 2) 단계의 교반된 혼합물을 원심분리시켜 감압 여과하는 제1 정제 단계;
4) 상기 3) 단계의 여과된 혼합물을 알코올 용액에 침전시키는 단계;
5) 상기 4) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 수득하는 제2 정제 단계;
6) 상기 5) 단계의 상등액을 알코올 용액에 침전시키는 단계;
7) 상기 6) 단계의 침전물을 원심분리시켜 상등액을 제거하는 제3 정제 단계; 및
8) 상기 7) 단계의 상등액이 제거되고 남은 침전물을 건조시켜 후코이단(Fucoidan)을 획득하는 단계를 포함하는
혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 칼슘염 수용액은 염화칼슘(CaCl2) 수용액, 탄산칼슘(CaCO3) 수용액, 수산화칼슘(Ca(OH)-2) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 해조류는 미역귀, 톳, 모자반, 다시마, 꼬시래기, 뜸부기 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 후코이단(Fucoidan)은 600 내지 900KDa의 분자량을 나타내는 것인
혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 후코이단(Fucoidan)은 전분분해효소 저해능을 통해, 혈당 조절 효과를 나타내는 것으로,
상기 전분분해효소는 알파-글루코시다제(α-glucosidase)를 포함하는 것인
혈당 조절이 가능한 후코이단을 해조류로부터 추출하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 따라 추출된 후코이단을 포함하는
당뇨병 예방 및 개선용 식품 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 따라 추출된 후코이단을 포함하는
당뇨병 예방 및 치료용 약학 조성물.
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