KR20230088606A - 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 (a) 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 숙성시킨 후 수세하여 알칼리성 용액을 제거하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 거친 식물성 원료에 대해 열수 분해를 수행하면서 초음파 진동을 가하여 상기 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 후 항산화 물질이 함유된 용액에 대해 여과 장치를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 항산화 물질이 함유된 용액을 건조 시켜 항산화 물질을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 의하면, 인체에 무해하면서, 추출시간을 현저히 단축시킬 수 있고, 항산화 물질의 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 식물성 원료로부터 항산화 물질을 높은 수율로 신속하게 추출하는 방법에 관한 것이다.
노화, 암, 뇌혈관 질환, 심혈관계 질환 등과 같은 질환의 원인이 자유라디칼(free radical) 또는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)인 것으로 인식되고 있다. 상기 활성산소종은 생물체에 침입된 병균 등에 의한 생물학적 스트레스나 지구 환경 악화에 따른 각종 환경 스트레스 등의 스트레스로 인하여 생물 유지에 필수적으로 요구되는 산소의 반응성이 높아진 산소를 의미할 수 있으며, 상기 반응성이 높은 산소는 심각한 생리적 장애 등을 유발할 수 있게 된다. 일예로, 슈퍼옥사이드 라디칼(superoxide radical), 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical), 과산화수소 또는 일중항산소 등이 있다.
구체적으로, 상기 자유라디칼 또는 활성산소종은 세포를 파괴하거나 피부 진피층의 결합조직을 절단하거나 교차 결합을 일으키므로 주름형성, 아토피성 피부염, 여드름 또는 피부암과 같은 피부 관련 질병뿐만 아니라 암, 심근경색증(myocardial infarction), 뇌졸증(stroke), 죽상동맹경화증(atherosclerosis) 등을 포함하는 심혈관계질환, 근위축측삭경화증(amyotrophic laternal sclerosis)이나 파킨스씨 병(Parkinsion's disease, PD)과 같은 퇴행성 신경질환(chronic neurodegenerative disease)의 원인이 되는 것으로 보고되어 있다. 또한, 자유라디칼 또는 활성산소종은 인체 내에서 지질을 과산화시켜 과산화지질이라고 하는 해로운 물질을 생성할 수 있고, 상기 과산화지질은 혈관에 작용하여 동맥경화나 혈정과 같은 각종 성인병의 원인이 되는 것으로 보고 되어 있다.
평균수명이 증가하고 사회의 노령화가 진행되면서 노화 및 퇴행성 질환과 같은 노화와 관련된 질병에 대한 관심이 증대되고 있고, 경제성장 및 식생활의 변화 등에 따라 대사증후군이나 성인병 등에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 질병에 대한 관심의 증가와 함께 상기 질병의 원인으로 보고된 자유라디칼 또는 활성산소종에 대한 관심도 증대되면서, 항산화효과를 갖는 물질에 대한 관심이 증대되고 있다.
생체 내에는 이러한 자유라디칼 또는 활성산소종을 제거하는 항산화체계로 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(superoxide dismutase, SOD), 퍼옥시다제(peroxidase, POD) 또는 카탈라제(catalase, CAT) 등의 고분자 항산화 효소와 비타민 C, 비타민 E 또는 글루타치온(glutathione) 등의 항산화 물질 등이 존재하나, 공해나 자외선 또는 상기 생물학적 스트레스를 포함하는 여러 원인 및 노화에 의해서 점차적으로 인체의 항산화체계는 정상 작동을 하지 못하게 되며, 이러한 경우 항산화 물질을 섭취함으로써 방어할 수 있도록, 활성산소종을 제거할 수 있는 물질 즉, 항산화제의 체내 공급이 요구되고 있다. 이러한 항산화제의 체내 공급 요구에 따라 항산화제 또는 항산화 효과를 갖는 식품 등을 섭취하여 상기 질병을 예방 또는 치료하거나 노화를 지연시키고자 하는 노력이 증가하고 있는 실정이다.
최근들어, 인체에 안정하고, 항산화력이 뛰어난 항산화제를 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구의 일환으로 천연 항산화제 즉, 천연물질로부터 수득한 항산화제에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
현재까지 천연물질 특히, 천연 식물을 대상으로 항산화 효과를 탐색한 결과 보고된 천연 항산화 물질들로는 토코페롤(tocopherol) 류, 플라본(flavone) 유도체, 이소플라본(isoflavone), 플라보노이드(flavonoid) 류, 세사몰(sesamol), 고시폴(gossypol), 페놀릭산(phenolic acids), 피틱산(phytic acid), 사포닌(saponin), 트립신 저해제(trypsin inhibitor) 등이 있다.
기존의 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법으로는 메탄올, 아세톤 또는 초산에틸 등과 같은 유기용매 또는 이들의 혼합물을 사용하여 항산화 물질을 추출하는 기술이 주로 사용되었다. 하지만, 상기와 같이 유기용매를 이용하여 항산화 물질을 추출하는 용매추출법은 최종적으로 추출된 항산화 물질에 유기 용매의 성분이 잔류하기 때문에 인체 유해성 문제로 인하여 추출물의 사용범위가 제한적인 문제가 있으며, 물을 이용하여 열수 분해를 통해 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법은 인체 유해성 문제는 없으나, 추출 과정의 소요 시간이 지나치게 길고, 100℃ 이상의 고온 환경으로 인해 항산화 물질이 파괴되어 항산화 물질에 대한 수율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 인체에 무해하면서, 추출시간을 현저히 단축시킬 수 있고, 항산화 물질의 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 수율을 높일 수 있는 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적과제들은 하기의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 (a) 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 숙성시킨 후 수세하여 알칼리성 용액을 제거하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 거친 식물성 원료에 대해 열수 분해를 수행하면서 초음파 진동을 가하여 상기 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 후 항산화 물질이 함유된 용액에 대해 여과 장치를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 항산화 물질이 함유된 용액을 건조 시켜 항산화 물질을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 의하면, 인체에 무해하면서, 추출시간을 현저히 단축시킬 수 있고, 항산화 물질의 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 (a) 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 숙성시킨 후 수세하여 알칼리성 용액을 제거하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 거친 식물성 원료에 대해 열수 분해를 수행하면서 초음파 진동을 가하여 상기 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 단계; (c) 상기 (b) 단계를 거친 후 항산화 물질이 함유된 용액에 대해 여과 장치를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 거친 항산화 물질이 함유된 용액을 건조 시켜 항산화 물질을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 (a) 단계는 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 숙성시킨 후 수세하여 알칼리성 용액을 제거하는 단계로서, 본 발명은 상기 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시킴으로써, 식물성 원료의 세포벽에 대한 화학적 분해를 촉진시켜 식물성 원료의 세포 내에 존재하는 항산화 물질이 잘 추출될 수 있도록 한다. 상기 (a) 단계는 식물성 원료에 대한 충분한 숙성이 이루어지도록 하되, 항산화 물질의 파괴는 최소화하도록 하기 위해, 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 60 내지 80℃의 온도에서 약 12 내지 36시간 숙성시키는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서 상기 식물성 원료는 커피박, 맥주박, 야자박 등이 될 수 있으나, 항산화 물질인 폴리페놀의 추출량을 극대화하기 위해서는 식물성 원료로 커피박을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 알칼리성 용액은 염기성을 가지는 수용액이라면 특별히 그 종류가 제한적인 것은 아니나, 수산화칼슘 수용액, 중탄산나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액 및 수산화마그네슘 수용액로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 상기 알칼리성 용액은 수산화칼슘 수용액, 중탄산나트륨, 수산화나트륨 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 물에 용해도 한계까지 용해시켜 제조되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에서 상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계를 거친 식물성 원료에 대해 열수 분해를 수행하면서 초음파 진동을 가하여 상기 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 단계로서, 본 발명은 열수 분해와 동시에 초음파 진동을 가함으로써, 90℃ 미만의 저온에서 열수 분해가 가능하여 항산화 물질이 파괴를 줄이고 높은 수율로 항산화 물질을 수득할 수 있으며, 항산화 물질의 추출 시간도 기존의 열수 분해 방식에 비해 현저히 단축시킬 수 있다.
특히, 식물성 원료 내에 존재하는 항산화 물질에 대한 추출이 충분히 이루어지도록 하면서, 동시에 항산화 물질에 대한 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 수율을 극대화하고, 추출 시간을 한층 더 줄이기 위해서는 열수 분해는 60 내지 85 ㅀC의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, 초음파 진동은 상기 열수 분해와 병행하여 가하되, 주파수 범위를 25 kHz 내지 45 kHz로하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 항산화 물질은 산화를 방지하는 물질을 지칭하며, 특히 식물 내 존재하는 이소플라본류, 플라보노이드류, 카로티노이드류, 비타민류, 미네랄, 폴리페놀 및 토코페롤로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계를 거친 후 항산화 물질이 함유된 용액에 대해 여과 장치를 이용하여 불순물을 제거하는 단계로서, 불순물을 제거함으로써 항산화 물질이 함유된 용액의 순도가 높아진다.
본 발명에서 상기 (d) 단계는 상기 (c) 단계를 거친 항산화 물질이 함유된 용액을 건조 시켜 항산화 물질을 수득하는 단계로서, 건조 과정 중 항산화 물질에 대한 추가적인 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 높은 수율을 유지하기 위해 저온 진공 건조를 시키는 것이 바람직하다. 상기 저온 진공 건조는 10 내지 40 ℃ 온도에서 진공 건조를 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법에 의하면, 인체에 무해하면서, 추출시간을 현저히 단축시킬 수 있고, 항산화 물질의 파괴를 최소화하여 항산화 물질에 대한 수율을 높일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 설명하도록 한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예
커피박 300g을 6M의 농도를 갖는 수산화 나트륨 수용액에 침지시키고, 약 70℃의 온도에서 약 24시간 숙성시킨 다음 물로 세척하여 커피박으로부터 알칼리성 용액을 제거하였다.
다음으로, 수세 처리한 커피박과 물(3ℓ)을 혼합한 후, 하기 표 1에 나타난 온도 조건에서 열수 분해를 4 시간 동안 수행하면서, 하기 표 1에 나타난 주파수 조건으로 초음파 진동을 가하여 폴리페놀을 추출하였다.
이후, 추출된 폴리페놀이 함유된 용액을 여과시켜 불순물을 제거하고, 최종적으로 20 ℃에서 진공 건조를 수행하여 폴리페놀을 수득하였다.
| 열수 분해 온도(℃) | 초음파 진동 주파수(kHz) | |
| 실시예 1 | 50 | 15 |
| 실시예 2 | 50 | 25 |
| 실시예 3 | 50 | 30 |
| 실시예 4 | 50 | 45 |
| 실시예 5 | 50 | 55 |
| 실시예 6 | 60 | 15 |
| 실시예 7 | 60 | 25 |
| 실시예 8 | 60 | 30 |
| 실시예 9 | 60 | 45 |
| 실시예 10 | 60 | 55 |
| 실시예 11 | 70 | 15 |
| 실시예 12 | 70 | 25 |
| 실시예 13 | 70 | 30 |
| 실시예 14 | 70 | 45 |
| 실시예 15 | 70 | 55 |
| 실시예 16 | 80 | 15 |
| 실시예 17 | 80 | 25 |
| 실시예 18 | 80 | 30 |
| 실시예 19 | 80 | 45 |
| 실시예 20 | 80 | 55 |
| 실시예 21 | 90 | 15 |
| 실시예 22 | 90 | 25 |
| 실시예 23 | 90 | 30 |
| 실시예 24 | 90 | 45 |
| 실시예 25 | 90 | 55 |
비교예
커피박 300g을 6M의 농도를 갖는 수산화 나트륨 수용액에 침지시키고, 약 70℃의 온도에서 약 24시간 숙성시킨 다음 물로 세척하여 커피박으로부터 알칼리성 용액을 제거하였다.
다음으로, 수세 처리한 커피박과 물(3ℓ)을 혼합한 후, 약 110℃에서 4시간 동안 열수 분해를 수행하여 폴리페놀을 추출하였다.
이후, 추출된 폴리페놀이 함유된 용액을 여과시켜 불순물을 제거하고, 최종적으로 20 ℃에서 진공 건조를 수행하여 폴리페놀을 수득하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 25와 비교예에 대해, 수득된 폴리페놀의 수율 및 폴리페놀 추출 공정 수행에 소요된 시간을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타난 바와 같았다.
| 폴리페놀 수율(%) | 추출 과정 소요 시간(hr) | |
| 실시예 1 | 38.6 | 3.8 |
| 실시예 2 | 47.2 | 3.6 |
| 실시예 3 | 58.3 | 3.5 |
| 실시예 4 | 61.7 | 3.2 |
| 실시예 5 | 66.2 | 3.1 |
| 실시예 6 | 55.4 | 3.3 |
| 실시예 7 | 74.9 | 2.5 |
| 실시예 8 | 78.5 | 2.4 |
| 실시예 9 | 78.9 | 2.3 |
| 실시예 10 | 71.2 | 2.9 |
| 실시예 11 | 81.1 | 3.2 |
| 실시예 12 | 85.2 | 2.7 |
| 실시예 13 | 86.0 | 2.6 |
| 실시예 14 | 87.4 | 2.5 |
| 실시예 15 | 78.3 | 2.8 |
| 실시예 16 | 83.9 | 2.7 |
| 실시예 17 | 86.5 | 2.6 |
| 실시예 18 | 91.3 | 2.3 |
| 실시예 19 | 92.6 | 2.1 |
| 실시예 20 | 84.3 | 3.1 |
| 실시예 21 | 73.6 | 3.2 |
| 실시예 22 | 80.2 | 3.3 |
| 실시예 23 | 71.4 | 3.2 |
| 실시예 24 | 68.8 | 3.5 |
| 실시예 25 | 61.3 | 3.6 |
| 비교예 | 43.8 | 4.0 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이 실시예 7 내지 9, 실시예 12 내지 14, 실시예 17 내지 19에서, 항산화 물질인 폴리페놀에 대한 수율이 상대적으로 높으면서, 추출 공정 소요시간이 상대적으로 현저히 단축됨을 확인할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (5)
- (a) 식물성 원료를 알칼리성 용액에 침지시키고 숙성시킨 후 수세하여 알칼리성 용액을 제거하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계를 거친 식물성 원료에 대해 열수 분해를 수행하면서 초음파 진동을 가하여 상기 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계를 거친 후 항산화 물질이 함유된 용액에 대해 여과 장치를 이용하여 불순물을 제거하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계를 거친 항산화 물질이 함유된 용액을 건조 시켜 항산화 물질을 수득하는 단계;를 포함하는 식물성 원료로부터 항산화 물질을 추출하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 알칼리성 용액은 수산화칼슘 수용액, 중탄산나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액 및 수산화마그네슘 수용액로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 항산화 물질을 추출하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 항산화 물질은 이소플라본류, 플라보노이드류, 카로티노이드류, 비타민류, 미네랄, 폴리페놀 및 토코페롤로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 항산화 물질을 추출하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (b) 단계는 열수 분해를 60 내지 85 ㅀC의 온도범위에서 수행하면서, 초음파 진동을 25 kHz 내지 45 kHz의 주파수 범위에서 가하는 것을 특징으로 하는 항산화 물질을 추출하는 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 폴리페놀이 함유된 용액을 저온 진공 건조시키는 것을 특징으로 하는 항산화 물질을 추출하는 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20100025992A (ko) | 2008-08-28 | 2010-03-10 | 주식회사 바이오포트코리아 | 소나무로부터 항산화 물질을 추출하는 방법 |
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